Linux网络设备驱动开发.doc

Linux网络设备驱动开发 概述 Linux Kernel (3.xx系列) 中网络设备体系可以分为4个层次，分别为：网络协议接口层、网络设备接口层、设备驱动实现层、网络设备媒介层。网络协议接口层向网络层提供统一的数据包收发接口；网络设备接口层向网络协议接口层提供用于描述网络设备属性和操作的方法；设备驱动实现层是驱使网络设备硬件完成相应动作的程序集，实现了和网络设备媒介的交互过程；网络设备媒介层是数据发送和接收的物理实体。 网络协议接口层 网络协议接口层向网络层提供统一的数据包收发接口，通过dev_queue_xmit向驱动层发送数据，通过netif_rx接受来自驱动层的数据。 数据发送接口：int dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb) Kernel通过该API屏蔽了网络数据发送的细节，并统一了发送接口。该API通过skb-dev指针获取到网络设备驱动的细节，最终通过dev的ndo_start_xmit函数指针发送数据。 数据接受接口：int netif_rx(struct sk_buff *skb) 网络设备可以通过中断/轮询两种方式接受数据，并调用netif_rx接口把数据发送到Kernel内处理。当采用中断方式时，需要向request_irq注册中断处理函数；当采用轮询方式时，可以使用NAPI接口。到底是采用中断方式还是轮询方式，往往要看实际应用场景，对于处理高速大流量数据时，轮询方式可能具有更好的性能。 关键数据结构sk_buff： struct sk_buff { /* These two members must be first. */ struct sk_buff *next; // sk_buff 双向链表指针 struct sk_buff *prev; // sk_buff 双向链表指针 ktime_t tstamp; // 时间戳 struct sock *sk; // sk_buff关联的sock结构 struct net_device *dev; // sk_buff关联的dev结构 unsigned int len, // 数据总长度 data_len; // 数据长度 __u16 mac_len, // 链路层长度 hdr_len; // 数据头长度 … … (略过非相关部分) sk_buff_data_t transport_header; // L4层指针 sk_buff_data_t network_header; // L3层指针 sk_buff_data_t mac_header; // L2层指针 /* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details. */ sk_buff_data_t tail; // 数据尾指针 sk_buff_data_t end; // 数据块尾指针 unsigned char *head, // 数据块头指针 *data; // 数据头制作 unsigned int truesize; // 总大小 atomic_t users; // 引用计数 }; sk_buff结构体通过sk指针和socket层关联，为上层socket API提供操作；又通过dev指针和设备驱动层关联，收发网络数据。 网络设备接口层 Kernel中网络设备被抽象为一系列的数据和接口，封装在结构体net_device中。因此net_device提供了很多网络设备方法： 初始化设备：netdev_ops- ndo_init 打开设备：netdev_ops- ndo_open 关闭设备：netdev_ops- ndo_stop 发送数据：netdev_ops- ndo_start_xmit 设置MAC地址：netdev_ops- ndo_set_mac_address 设置MTU：netdev_ops- ndo_change_mtu 另外，Kernel还提供了很多API用于操作net_device： alloc_netdev分配一个net_device结构体 alloc_etherdev分配一个以太网net_device结构体 register_netdev注册net_device到Kernel unregister_netdev解注册net_device netdev_priv获取net_device的priv私有信息 设备驱动实现层 最后以Kernel 3.xx系列源代码中的e100.c为例子，分析100Mb PCI以太网卡设备驱动