分类： LINUX
2011-03-28 16:50:54
一、初始化阶段
网络初始化被调用的路径为：
init->do_basic_setup->do_initcalls->net_olddevs_init->ethif_probe2->probe_list2->cs89x0_probe->cs89x0_probe1
真是不容易啊，终于进到cs89x0_probe1了，在这里开始探测和初始化cs8900了。下面就按照这个顺序来说明网络驱动第一阶段的工作。注意：这里的调用顺序是将cs8900驱动编入内核所产生的，如果将cs8900驱动选为模块，这个路径：init->do_basic_setup->do_initcalls->net_olddevs_init->ethif_probe2->probe_list2也会执行。
1.1 init函数
我们知道当start_kernel函数完成后就会启动init进程执行，在真正的应用程序init进程（如busybox的/sbin/init）之前，Linux还需要执行一些初始化操作。init的代码可以在\init\main.c中找到，它的代码如下：
static int init(void * unused)
{
lock_kernel();
…… //省略多cpu的初始化代码先
do_basic_setup(); //我们所关注的初始化函数
……
if (!ramdisk_execute_command)
ramdisk_execute_command = "/init";
if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {
ramdisk_execute_command = NULL;
prepare_namespace(); //挂接根文件系统
}
……
free_initmem(); //释放初始化代码的空间
unlock_kernel();
…… //这几段没看懂
if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0) //检查控制台console是否存在
printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
……//这几段没看懂
if (ramdisk_execute_command) { //运行ramdisk_execute_command指定的init用户进程
run_init_process(ramdisk_execute_command);
printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
ramdisk_execute_command);
}
……
if (execute_command) { //判断在启动时是否指定了init参数，如果指定，此值将赋给execute_command
run_init_process(execute_command); //开始执行用户init进程，如果成功将不会返回。
printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "
"defaults...\n", execute_command);
}
//如果没有指定init启动参数，则查找下面的目录init进程，如果找到则不会返回
run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
//如果上面的程序都出错，则打印下面的信息，如果内核找到init进程，则程序不会指向到此处
panic("No init found. Try passing init= option to kernel.");
}
1.2 do_basic_setup函数
在这里我们最关心的是do_basic_setup函数，顾名思义该函数的功能就是“做基本设置”，它的实现代码也在\init\main.c中。do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。该函数代码如下所示：
static void __init do_basic_setup(void)
{
/* drivers will send hotplug events */
init_workqueues(); //初始化工作队列
usermodehelper_init(); //初始化khelper内核线程，还没弄清楚
driver_init(); //初始化内核的设备管理架构需要的数据结构，很复杂，以后在谈这部分。
#ifdef CONFIG_SYSCTL
sysctl_init(); //没搞懂
#endif
do_initcalls(); //重点函数，初始化的主要工作就靠它了
}
1.3 do_ initcalls函数
do_initcalls函数将会调用内核中所有的初始化函数，它的代码同样在\init\main.c中。do_initcalls函数调用其他初始化函数相当简洁，它的关键代码如下所示：
initcall_t *call;
for (call = __initcall_start; call < __initcall_end; call ) {
……
result = (*call)();
……
｝
简洁归简洁，但这段代码是什么意思呢？这说来就话长了，最重要的应该是先了解Linux处理初始化的大体思想，由于Linux有很多部分需要初始化，每个部分都有自己的初始化函数，如果按照常理一个一个的调用未免显得冗长，而且也不便于扩展。那么Linux是怎么处理的呢？首先，Linux将各个部分的初始化函数编译到一个块内存区中，当初始化完了以后释放这块内存区，这就是init函数中free_initmem所要做的事。然后，再在另外的内存区中存放一些函数指针，让每个指针指向一个初始化函数。然后在do_initcalls中依次根据这些指针调用初始化函数。
上面一段就是Linux实现初始化的大体思想，下面我们看看它最终是怎么实现的。首先要了解的是__define_initcall宏，该宏的定义在\ include\linux\init.h中，它的原型如下所示：
#define __define_initcall(level,fn,id) static initcall_t __initcall_##fn##id __attribute_used__ \
__attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn
__define_initcall宏有三个参数，level表示初始化函数的级别，level值的大小觉得了调用顺序，level越小越先被调用，fn就是具体的初始化函数，id简单标识初始化函数，现在还没找到有什么用^_^。__define_initcall的功能为，首先声明一个initcall_t类型的函数指针__initcall_##fn##id，initcall_t的原型为：
typedef int (*initcall_t)(void);
该类型可简单理解为函数指针类型^_^。然后，让该函数指针指向fn。最后，通过编译器的编译参数将此指针放到指定的空间".initcall" level ".init"中，__attribute_used向编译器说明这段代码有用，即使在没用到的时候，编译器也不会警告。__attribute__的__section__参数表示该段代码放入什么内存区域中，也即指定编译到什么地方，编译参数更详细的地方可以查阅GCC文档，在gcc官方网站中能找到各个版本的手册。这样说来还是比较抽象，下面举个例子来说明：
假如有初始化函数init_foolish函数，现在使用__define_initcall宏向内核加入该函数。假如调用方式如下：
__define_initcall("0",init_foolish,1)；
那么，__define_initcall宏首先申请一个initcall_t类型的函数指针__initcall_init_foolish1（注意替换关系），且使该指针指向了init_foolish，函数指针__initcall_init_foolish1被放到.initcall.0.init内存区域中，这个标志在连接时会用到。
有了上面的基础知识，现在回到do_initcalls函数中，首先注意到是__initcall_start和__initcall_end，它们的作用就是界定了存放初始化函数指针区域的起始地址，也即从__initcall_start开始到__initcall_end结束的区域中存放了指向各个初始化函数的函数指针。换句话说，只要某段程序代码从__initcall_start开始依次调用函数指针，那么就可以完成各个部分的初始化工作，这显得十分优雅而且便于扩充，再看看do_initcalls，它何尝不是如此呢。这里还有一个有用的技巧就是__initcall_start和__initcall_end的原型是initcall_t型的数组，以后可以使用这种技巧^_^。
现在我们知道了do_initcalls函数的实现原理，那么到底它调用了多少初始化函数呢？我们怎样才能知道呢？根据上面的分析，我们知道所有的初始化函数的指针都放在__initcall_start和__initcall_end区域期间，而函数指针与它指向的函数之间又有固定的关系，如上面的例子，初始化函数名为init_foolish，指向它的函数指针就是__initcall_init_foolish1，即在此函数加上前缀__initcall_和一个数字后缀，反之，从函数指针也可推出初始化函数名。有了这两个信息，我们就可以很方便的找个初始化函数。怎么找呢？？首先打开Linux完后产生的System.map文件，然后找到__initcall_start和__initcall_end字符串，你会发现它们之间有很多类似于__initcall_xxx1这样的符号，这些符号就是我们需要的函数指针了，这样就可推出初始化函数的名字。比如，我们这里需要的函数指针__initcall_net_olddevs_init6，按照上面的名字规则，很容易推出它所指向的初始化函数名字是net_olddevs_init。
得到了初始化函数的名字又怎么样呢？又不知道它在哪个文件里，不要着急！请打开你的浏览器登陆网站，然后选择Linux版本和架构，然后可以搜索我们想要的信息。比如我输入net_olddevs_init，然后我就会得到该函数所在文件的相关信息。
1.4 net_olddevs_init函数
我们知道net_olddevs_init函数在do_initcalls函数中被调用并执行，那么它到底要做什么呢？看看实现代码就知道了，它的实现代码可以在\drivers\net\Space.c中找到。对于网络驱动部分的主要实现代码如下：
static int __init net_olddevs_init(void){
……
int num;
for (num = 0; num < 8; num)
ethif_probe2(num);
……
}
这段代码就不用讲解了吧，嘿嘿！就是调用了8次ethif_probe2，赶快去看看ethif_probe2长什么样子。
1.5 ethif_probe2函数
先看看该函数的实现代码，该代码也在\drivers\net\Space.c文件中。
static void __init ethif_probe2(int unit)
{
unsigned long base_addr = netdev_boot_base("eth", unit); // 由于ethif_probe2被net_olddevs_init调用了8次，
// 所以unit的值为0～7，也即在这里可以注册eth0～eth7八个网络设备
if (base_addr == 1)
return;
(void)( probe_list2(unit, m68k_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, eisa_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, mca_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, isa_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, parport_probes, base_addr == 0));
}
该函数首先调用netdev_boot_base所给的设备是否已经向内核注册，如果已注册netdev_boot_base返回1，随后推出ethif_probe2。如果设备没注册，则又调用函数probe_list2四次，每次传递的传输不同，注意到每次传递的第二个参数不同，这个参数也是相当重要的，这里拿isa_probes参数为例说明，因为这个参数与cs89x0_probe有关，isa_probes的定义也在\drivers\net\Space.c中，它的样子形如：
static struct devprobe2 isa_probes[] __initdata = {
……
#ifdef CONFIG_SEEQ8005
{seeq8005_probe, 0},
#endif
#ifdef CONFIG_CS89x0
{cs89x0_probe, 0},
#endif
#ifdef CONFIG_AT1700
{at1700_probe, 0},
#endif
{NULL, 0},
……
};
如果把cs8900的驱动选为非编译进内核，那么它的探测函数cs89x0_probe就不会存在于isa_probes数组中，所以在初始阶段就不能被调用。从上面的代码可以知道devprobe2类型至少包括两个域，至少一个域为函数指针，看看它的原型如下：
struct devprobe2 {
struct net_device *(*probe)(int unit); //函数指针，指向探测函数
int status; /* non-zero if autoprobe has failed */
};
下面看看probe_list2函数是怎么表演的。
1.6 ethif_probe2函数
对于ethif_probe2函数也没有什么需要说明的，它的主要任务是依次调用devprobe2类型的probe域指向的函数。他的实现代码同样在\drivers\net\Space.c中，它的关键代码如下：
static int __init probe_list2(int unit, struct devprobe2 *p, int autoprobe)
{
struct net_device *dev;
for (; p->probe; p ) {
……
dev = p->probe(unit);
……
}
……
}
1.7 cs89x0_probe函数
从该函数起，真正开始执行与cs8900驱动初始化程序，该函数在\drivers\net\cs89x0.c文件实现。下面依次解释该函数。
struct net_device * __init cs89x0_probe(int unit)
{
struct net_device *dev = alloc_etherdev(sizeof(struct net_local)); //该函数申请一个net_device＋
//sizeof(struct net_local)的空间，net_local是cs8900驱动的私有数据空间。
unsigned *port;
int err = 0;
int irq;
int io;
if (!dev)
return ERR_PTR(-ENODEV);
sprintf(dev->name, "eth%d", unit); //初始化dev->name域
netdev_boot_setup_check(dev); //检查是否给定了启动参数，如果给定了启动参数，此函数将初始
//化dev的irq、base_addr、mem_start和mem_end域。
io = dev->base_addr; //io实际实质cs8900所占地址空间的起始地址，此地址为虚拟地址
irq = dev->irq;
if (net_debug)
printk("cs89x0:cs89x0_probe(0x%x)\n", io);
//下面根据io的值调用cs89x0_probe1函数
if (io > 0x1ff) {/* Check a single specified location. *///此段没搞懂，由于没给启动参数，这里也不会执行
err = cs89x0_probe1(dev, io, 0);
} else if (io != 0) { /* Don''''''''''''''''''''''''''''''''t probe at all. */
err = -ENXIO;
} else {
for (port = netcard_portlist; *port; port ) {// netcard_portlist为unsigned int型数组，在cs89x0.c文件中定
//义，里面列出了cs8900可能占用空间的起始地址，这些地址
//将在cs89x0_probe1函数中用于向内核申请。
if (cs89x0_probe1(dev, *port, 0) == 0) // cs89x0_probe1探测成功就返回0
break;
dev->irq = irq;
}
if (!*port)
err = -ENODEV;
}
if (err)
goto out;
return dev;
out:
free_netdev(dev); //表示探测失败，这里就释放dev的空间，随后打印些消息
printk(KERN_WARNING "cs89x0: no cs8900 or cs8920 detected. Be sure to disable PnP with SETUP\n");
return ERR_PTR(err);
}
从上面的程序清单可以看到该函数还没有真正的开始探测cs8900，实质的探测工作是让cs89x0_probe1完成的。在解释cs89x0_probe1之前先提一下网络驱动程序中非常重要的一些函数。内核需要一个数据结构来管理或者描述每个网络驱动程序，这个数据类型就是struct net_device，该数据类型包括很多域，详细的解释可以参见《Linux 设备驱动程序》一书中的描述，也可以参见源代码（在\include\linux\netdevice.h中，源码中也有详细的注解）。内核为了编程方便特地实现了函数alloc_netdev来完成对net_device的空间分配。那么alloc_etherdev函数主要针对以太网在alloc_netdev基础上封装的一个函数，它除了申请net_device空间外，还会初始化net_device的相关域。
三、net_rx和net_send_packet
3.1 net_rx
在这部分将介绍cs8900驱动的两个最重要的函数，内核通过该两个函数实现了数据的收发。net_rx函数的主要功能是从cs8900的片上数据缓冲区中将数据传送给sk_buff缓冲区，sk_buff是网络驱动程序与Linux内核通信的缓冲区。该结构可在\include\linux\skbuff.h中找到。net_rx函数的功能可总结如下：（该总结来源于：）
A．获取私有数据存放于lp中；
B．获取设备缓冲区状态和缓冲长度；
C．如果状态不为RX_OK则计数接收数据错误次数count_rx_error()
D．分配一个sk_buf区间
E．字对齐，skb_reserve()；
F．插入数据到接收口，insw()；
G．写入数据；
H．初始化sk_buff结构，eth_type_trans()
I．进入上层接收函数netif_rx()；
J．初始化设备的计数；
net_rx函数的注解如下所示：
static void net_rx(struct net_device *dev)
{
struct net_local *lp = netdev_priv(dev); //lp指向驱动程序的私有数据区
struct sk_buff *skb; //申请skb_buff指针
int status, length;
int ioaddr = dev->base_addr; // 得到cs8900的基地址
status = readword(ioaddr, RX_FRAME_PORT); //获取cs8900片上缓冲区的状态
length = readword(ioaddr, RX_FRAME_PORT); //获取cs8900片上缓冲区的长度
if ((status & RX_OK) == 0) { //状态为接收错误，调用count_rx_errors统计错误
count_rx_errors(status, lp);
return;
}
/* Malloc up new buffer. */
skb = dev_alloc_skb(length + 2); //分配一个缓冲区，dev_alloc_skb函数以
三、net_rx和net_send_packet
3.1 net_rx
在这部分将介绍cs8900驱动的两个最重要的函数，内核通过该两个函数实现了数据的收发。net_rx函数的主要功能是从cs8900的片上数据缓冲区中将数据传送给sk_buff缓冲区，sk_buff是网络驱动程序与Linux内核通信的缓冲区。该结构可在\include\linux\skbuff.h中找到。net_rx函数的功能可总结如下：（该总结来源于：）
A．获取私有数据存放于lp中；
B．获取设备缓冲区状态和缓冲长度；
C．如果状态不为RX_OK则计数接收数据错误次数count_rx_error()
D．分配一个sk_buf区间
E．字对齐，skb_reserve()；
F．插入数据到接收口，insw()；
G．写入数据；
H．初始化sk_buff结构，eth_type_trans()
I．进入上层接收函数netif_rx()；
J．初始化设备的计数；
net_rx函数的注解如下所示：
static void net_rx(struct net_device *dev)
{
struct net_local *lp = netdev_priv(dev); //lp指向驱动程序的私有数据区
struct sk_buff *skb; //申请skb_buff指针
int status, length;
int ioaddr = dev->base_addr; // 得到cs8900的基地址
status = readword(ioaddr, RX_FRAME_PORT); //获取cs8900片上缓冲区的状态
length = readword(ioaddr, RX_FRAME_PORT); //获取cs8900片上缓冲区的长度
if ((status & RX_OK) == 0) { //状态为接收错误，调用count_rx_errors统计错误
count_rx_errors(status, lp);
return;
}
/* Malloc up new buffer. */
skb = dev_alloc_skb(length + 2); //分配一个缓冲区，dev_alloc_skb函数以
//GFP_ATOMIC优先级调用alloc_skb。alloc_skb的功能为分配一个缓冲区
//并初始化skb->data，skb->tail和skb_head域。dev_alloc_skb和alloc_skb的区
//别为，前者在skb->data和skb_head之间保留了一些空间，网络层使用这
//一数据空间进行优化工作，驱动程序不该访问该空间。
if (skb == NULL) { //skb缓冲区分配失败？
……
lp->stats.rx_dropped++; //直接将丢包数加1
return;
}
skb_reserve(skb, 2); /* longword align L3 header */ //该函数增加skb的data和tail，
//该函数可填充缓冲区之前保留报文头空间，大多数以太网在数据包之前
//保留2个字节，这样IP头可在14字节的以太网头之后，在16字节边界上对
//齐。这里也空了两个字节，这两个自己加上14字节的以太网头刚好16字
//节。所以这里的主要作用是字对齐。
skb->dev = dev;
readwords(ioaddr, RX_FRAME_PORT, skb_put(skb, length), length >> 1); //skb_put函
//数的作用是更新skb的tail和len成员，也即在缓冲区尾部添加数据，该函数返
//回skb->tail的先前值。整句代码的含义为，从cs8900的数据缓冲区中读取
//length个字节数据到skb缓冲区。由于readwords是以读取字（两个字节）为
//单位，所以length应该保持字对齐，也即length右移一位。
if (length & 1) //因为前面length以字对齐，如果length为单字节，
//所以这里应该补上最后一个字节
skb->data[length-1] = readword(ioaddr, RX_FRAME_PORT);
……
skb->protocol=eth_type_trans(skb,dev); //该函数定义在linux/net/ethernet/eth.c中，
//该处可参见linux设备驱动程序相关章节
netif_rx(skb); //通知内核已经接收到一个数据包，并封装入一个套接字缓冲区
dev->last_rx = jiffies; //更新最后的接收包时间
lp->stats.rx_packets++; //接收的总数据包数加1
lp->stats.rx_bytes += length; //接收的字节数加上length
}
3.1 net_send_packet
net_send_parcket为内核提供了数据包发送功能，该函数在cs89x0_probe1中被赋予了net_device的hard_start_xmit域，当内核需要发送数据包时，将调用dev-> hard_start_xmit完成最后的数据包发送。该函数被调用的前提是，在调用该函数之前，内核已经将数据包放入了skb缓冲区中。该函数的主要任务有：
A．获取设备私有数据指针
B．加环形锁，spin_lock_irq()；
C．检测缓冲区是否为满，若满则调用netif_stop_queue()暂停发送队列；
D．写发送命令和发送长度，writeword()；
E．读取发送总线状态readreg()；
F．解环形锁，spin_unlock_irq()；
G．设置传输时钟计数；
H．释放相应sk_buff, dev_kfree_skb().
下面为此函数的简单注释：
static int net_send_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
struct net_local *lp = netdev_priv(dev); //获得驱动程序的私有数据
……
spin_lock_irq(&lp->lock); //获得自旋锁，以便进入临界区
netif_stop_queue(dev); //通知内核暂停内核与驱动程序间的数据传递，也即告诉
//内核不要向skb缓冲区填充数据。
/* initiate a transmit sequence */ //初始化cs8900的发送对列，主要为写命令和数
//据长度，为数据发送做准备
writeword(dev->base_addr, TX_CMD_PORT, lp->send_cmd);
writeword(dev->base_addr, TX_LEN_PORT, skb->len);
/* Test to see if the chip has allocated memory for the packet * / //查看cs8900是否为
//发送分配了地址空间。
if ((readreg(dev, PP_BusST) & READY_FOR_TX_NOW) == 0) {
…….
spin_unlock_irq(&lp->lock);
if (net_debug) printk("cs89x0: Tx buffer not free!\n");
return 1;
}
/* Write the contents of the packet */
writewords(dev->base_addr, TX_FRAME_PORT,skb->data,(skb->len+1) >>1); //将数
//据交给cs8900发送
spin_unlock_irq(&lp->lock); //发送结束，释放自旋锁
lp->stats.tx_bytes += skb->len; //累加发送的总字节数
dev->trans_start = jiffies; //更新最后的传输时间
dev_kfree_skb (skb); //发送完毕，释放skb缓冲区
……
return 0;
}
总结：
在cs8900驱动中，主要简解了驱动程序中的部分重要函数，包括初始化、打开/关闭网络驱动和发送/接收数据。对于其余的驱动程序代码，如超时处理、状态获取等函数没做解释，它们的实现也比较简单。由于自己板子上没有EEPROM，所以也没有分析与EEPROM相关部分的代码。DMA部分好像编译进去会错，所以也没有去分析，以后有时间再去弄弄DMA部分。
