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2014年(19)

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分类: LINUX

2014-08-27 13:26:13

原文地址:Linux网卡驱动学习(一) 作者:scutan

1. 总线、设备和驱动

1.1 简单介绍

       Linux设备模型中三个很重要的概念就是总线、设备和驱动,即busdevicedriver。它们分别对应的数据结构分别为struct bus_typestruct devicestruct device_driver

       总线是处理器与一个或多个设备之间的通道,在设备模型中,所有的设备都通过总线相连。在最底层,Linux系统中的每一个设备都用device结构的一个实例来表示。而驱动则是使总线上的设备能够完成它应该完成的功能。

       在系统中有多种总线,如PCI总线、SCSI总线等。系统中的多个设备和驱动是通过总线让它们联系起来的。在bus_type中两个很重要的成员就是struct kset driversstruct kset devices。它分别代表了连接在这个总线上的两个链,一个是设备链表,另一个则是设备驱动链表。也就是说,通过一个总线描述符,就可以找到挂载到这条总线上的设备,以及支持该总线的不同的设备驱动程序。

1.2 总线、设备与驱动的绑定

       在系统启动时,它会对每种类型的总线创建一个描述符,并将使用该总线的设备链接到该总线描述符的devices链上来。也即是说在系统初始化时,它会扫描连接了哪些设备,并且为每个设备建立一个struce device变量,然后将该变量链接到这个设备所连接的总线的描述符上去。另一方面,每当加载了一个设备驱动,则系统也会准备一个struct device_driver结构的变量,然后再将这个变量也链接到它所在总线的描述符的drivers链上去。     

       对于设备来说,在结构体struct device中有两个重要的成员,一个是struct bus_type *bus,另一个是struct device_driver *driverbus成员就表示该设备是链接到哪一个总线上的,而driver成员就表示当前设备是由哪个驱动程序所驱动的。对于驱动程序来说,在结构体struct device_driver中也有两个成员,struct bus_type *busstruct list_head devices,这里的bus成员也是指向这个驱动是链接到哪个总线上的,而devices这个链表则是表示当前这个驱动程序可以去进行驱动的那些设备。一个驱动程序可以支持一个或多个设备,而一个设备则只会绑定给一个驱动程序。

       对于devicedevice_driver之间建立联系的方式,主要有两种方式。第一种,在计算机启动的时候,总线开始扫描连接在其上的设备,为每个设备建立一个struct device变量并链接到该总线的devices链上,然后开始初始化不同的驱动程序,驱动程序到它所在的总线的devices链上去遍历每一个还没有被绑定给某个驱动的设备,然后再查看是否能够支持这种设备,如果它能够支持这种设备,则将这个设备与这个驱动联系起来。即,将这个设备的device变量加到驱动的devices链上,同时让struct device中的device_driver指向当前这个驱动。第二种则是热插拔。也即是在系统运行时插入了设备,此时内核会去查找在该bus链上注册了的device_driver,然后再将设备与驱动联系起来。设备与驱动根据什么规则联系起来,它们是如何被联系起来的代码我们将在后面的章节进行详细的描述。

1.3 PCI总线

       PCI是一种在CPUI/O设备之间进行高速数据传输的一种总线。有很多设备都是使用PCI总线的,网卡就是其中之一。我们在前面讲了那些总线、设备与驱动方面的知识,原因就在于网卡是连接到PCI总线上,所以PCI总线、网卡设备以及网卡驱动就成了我们研究网卡的一个很重要的线索,尤其是在网络的链路层部分。下图显示了在一个系统中PCI设备的一个框图:

1. PCI结构图

    PCI子系统声明了一个bus_type结构,为pci_bus_type。它就是PCI总线的描述符。在这个变量上,链接了PCI设备以及支持PCI设备的驱动程序。

1.4 PCI设备与驱动

       PCI设备通常由一组参数唯一地标识,它们被vendorIDdeviceIDclass nodes所标识,即设备厂商,型号等,这些参数保存在pci_device_id结构中。每个PCI设备都会被分配一个pci_dev变量,内核就用这个数据结构来表示一个PCI设备。

       所有的PCI驱动程序都必须定义一个pci_driver结构变量,在该变量中包含了这个PCI驱动程序所提供的不同功能的函数,同时,在这个结构中也包含了一个device_driver结构,这个结构定义了PCI子系统与PCI设备之间的接口。在注册PCI驱动程序时,这个结构将被初始化,同时这个pci_driver变量会被链接到pci_bus_type中的驱动链上去。

       pci_driver中有一个成员struct pci_device_id *id_table,它列出了这个设备驱动程序所能够处理的所有PCI设备的ID值。

1.5 PCI设备与驱动的绑定过程

       下面描述一下对于PCI设备与驱动绑定的过程。首先在系统启动的时候,PCI总线会去扫描连接到这个总线上的设备,同时为每一个设备建立一个pci_dev结构,在这个结构中有一个device成员,并将这些pci_dev结构链接到PCI总线描述符上的devices链。如下图所示:

2. 将设备链接到总线描述符上

       第二步是当PCI驱动被加载时,pci_driver结构体将被初始化,这一过程在函数pci_register_driver中:

       drv->driver.bus = &pci_bus_type;

       drv->driver.probe = pci_device_probe;

       最后会调用driver_register(&drv->driver)将这个PCI驱动挂载到总线描述符的驱动链上。同时在注册的过程中,会根据pci_driver中的id_table中的ID值去查看该驱动支持哪些设备,将这些设备挂载到pci_driver中的devices链中来。如下图所示:

3. 加载设备驱动

       对于不同的设备,可能驱动程序也不一样,因此,对于上图中的Dev3,可能就需要另外一个驱动程序来对其进行驱动。所以当加载了Dev3的驱动程序时,其示意图如下图所示:

4. 不同的设备驱动

       上面这三个示意图就描述了总线、设备以及驱动在系统中是如何进行相互联系的。前面对于驱动注册这些函数的描述较为简单,因为网卡是一个PCI设备,因此在后面具体地讲到网卡注册时再来详细地讲解和PCI相关的注册等函数。

1.6 小结

       本部分主要讲解了总线、设备以及驱动方面的一些知识,由于网卡是一个PCI设备,因此具体地讲到了一点PCI总线、PCI设备及相应的PCI驱动方面的知识,但是由于PCI本身就是很大的一个子系统,因此这里不可能对其进行详细地讲解,在后面对网卡的分析中,将对网卡中涉及到的和PCI相关的部分进行讲解。这一节还是起一个引子的作用。

1.7 参考文献

    对于网卡的学习,肯定是参考了一些别人的书籍和总结的资料,在此表示感谢。

[1]

[2]

[3]

[4] 3rd Edition.

 

 
 
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