网卡驱动-BD详解(缓存描述符 Buffer Description)
DMA介绍(BD的引入)
网络设备的核心处理模块是一个被称作 DMA(Direct Memory Access)的控制器,DMA 模块能够协助处理器处理数据收发。对于数据发送来说,它能够将组织好的数据自动发出,无需处理器干预;对于数据接收来说,它能够将收到的数据以一定的格式组织起来,通知处理器,并等待处理器来取。
DMA 模块收发数据的单元被称为 BD(Buffer Description,缓存描述符),每个包都会被分成若干个帧,而每个帧则被保存在一个 BD 中。BD 结构通常包含有以下字段(正常应用肯定比下面这个数据结构要复杂得多):
<code class="hljs glsl has-numbering"> typedef <span class="hljs-keyword">struct</span> {
<span class="hljs-keyword">void</span> *bufptr; <span class="hljs-comment">/* 保存当前 BD 对应缓存的起始地址 */</span>
<span class="hljs-keyword">int</span> <span class="hljs-built_in">length</span>; <span class="hljs-comment">/* 保存缓存中存储的数据包长度 */</span>
<span class="hljs-keyword">int</span> sc; <span class="hljs-comment">/* 保存当前 BD 的状态信息 */</span>
} BD_STRUCT;</code><ul style="display: block;" class="pre-numbering"><li>1</li><li>2</li><li>3</li><li>4</li><li>5</li></ul>
所有的 BD 就组成了一张 BD 表,如图 1 所示,一般来说发送方向和接收方向的 BD 表是各自独立的。
图1
数据发送流程(发送 BD)
网络设备通过 DMA 进行数据发送的流程如图2所示。
图2
图中各步骤的具体含义描述如下:
(1)协议层通知处理器开始发送数据;
(2)处理器从 BD 表中取出一个 BD,将需要发送的数据拷贝至当前 BD 对应的缓存内,并设置好 BD 的状态;
(3)处理器通知网络设备开始发送数据;
(4)MAC 模块通知 DMA 单元开始发送数据;
(5)DMA 模块操作 BD 表,取出当前有效 BD;
(6)DMA 模块将当前 BD 对应缓存内的数据发送至 MAC 模块;
(7)MAC 模块将这些数据发送到网络中;
(8)网络设备通知处理器数据发送完毕;
(9)处理器通知协议层发送下面一帧数据。
其中步骤(4)~(8)是硬件自动完成的,不需要软件的干预,如此可以节省处理器的工作量。
数据接收流程(接收 BD)
网络设备通过 DMA 进行数据接收的流程如图 3 所示。
图3
图中各步骤的具体含义描述如下:
(1)处理器初始化 BD 表;
(2)处理器初始化网络设备;
(3)MAC 模块从网络中接收数据;
(4)MAC 模块通知 DMA 模块来取数据;
(5)DMA 模块从 BD 表中取出合适的 BD;
(6)MAC 模块将数据发送至当前 BD 对应的缓存内;
(7)网络设备通知处理器开始接收数据(以中断方式或轮询方式);
(8)协议层从当前的 BD 缓存内取走数据。
其中步骤(3)~(6)是硬件自动完成的,不需要软件的干预,如此可以节省处理器的工作量。
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