Linux 网卡驱动学习(一)(分析一个虚拟硬件的网络驱动样例)
在Linux,网络分为两个层,各自是网络堆栈协议支持层,以及接收和发送网络协议的设备驱动程序层。
网络堆栈是硬件中独立出来的部分。主要用来支持TCP/IP等多种协议,网络设备驱动层是连接网络堆栈协议层和网络硬件的中间层。
网络设备驱动程序的主要功能是:
(1)模块载入或内核启动相关的初始化处理
(2)清除模块时的处理
(3)网络设备的检索和探測
(4)网络设备的初始化和注冊
(5)打开或关闭网络设备
(6)发送网络数据
(7)接收网络数据
(8)中断处理(在发送完数据时。硬件向内核产生一个中断。告诉内核数据已经发送完成。在网络设备接收到数据时,也要发生一个中断,告诉内核。数据已经到达,请及时处理)
(9)超时处理
(10)多播处理
(11)网络设备的控制ioctl
而Linux网络设备驱动的主要功能就是网络设备的初始化,网络设备的配置,数据包的收发。
以下代码是关于虚拟硬件的网络驱动的样例
2、代码
- #undef PDEBUG /* undef it, just in case */
- #ifdef SNULL_DEBUG
- # ifdef __KERNEL__
- /* This one if debugging is on, and kernel space */
- # define PDEBUG(fmt, args...) printk( KERN_DEBUG "snull: " fmt, ## args)
- # else
- /* This one for user space */
- # define PDEBUG(fmt, args...) fprintf(stderr, fmt, ## args)
- # endif
- #else
- # define PDEBUG(fmt, args...) /* not debugging: nothing */
- #endif
- #undef PDEBUGG
- #define PDEBUGG(fmt, args...) /* nothing: it's a placeholder */
- /* These are the flags in the statusword */
- #define SNULL_RX_INTR 0x0001
- #define SNULL_TX_INTR 0x0002
- /* Default timeout period */
- #define SNULL_TIMEOUT 6 /* In jiffies */
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/sched.h>
- #include <linux/kernel.h> /* printk() */
- #include <linux/slab.h> /* kmalloc() */
- #include <linux/errno.h> /* error codes */
- #include <linux/types.h> /* size_t */
- #include <linux/interrupt.h> /* mark_bh */
- #include <linux/in.h>
- #include <linux/netdevice.h> /* struct device, and other headers */
- #include <linux/etherdevice.h> /* eth_type_trans */
- #include <linux/ip.h> /* struct iphdr */
- #include <linux/tcp.h> /* struct tcphdr */
- #include <linux/skbuff.h>
- #include <linux/if_ether.h>
- #include <linux/in6.h>
- #include <asm/uaccess.h>
- #include <asm/checksum.h>
- static int lockup = 0;
- static int timeout = SNULL_TIMEOUT;
- struct net_device snull_devs[2];//这里定义两个设备,一个是snull0,一个是snull1
- //网络设备结构体,作为net_device->priv
- struct snull_priv {
- struct net_device_stats stats;//实用的统计信息
- int status;//网络设备的状态信息。是发完数据包。还是接收到网络数据包
- int rx_packetlen;//接收到的数据包长度
- u8 *rx_packetdata;//接收到的数据
- int tx_packetlen;//发送的数据包长度
- u8 *tx_packetdata;//发送的数据
- struct sk_buff *skb;//socket buffer结构体,网络各层之间传送数据都是通过这个结构体来实现的
- spinlock_t lock;//自旋锁
- };
- void snull_tx_timeout (struct net_device *dev);
- //网络接口的打开函数
- int snull_open(struct net_device *dev)
- {
- printk("call snull_open/n");
- memcpy(dev->dev_addr, "/0SNUL0", ETH_ALEN);//分配一个硬件地址,ETH_ALEN是网络设备硬件地址的长度
- netif_start_queue(dev);//打开传输队列,这样才干进行传输数据
- return 0;
- }
- int snull_release(struct net_device *dev)
- {
- printk("call snull_release/n");
- netif_stop_queue(dev); //当网络接口关闭的时候,调用stop方法。这个函数表示不能再发送数据
- return 0;
- }
- //接包函数
- void snull_rx(struct net_device *dev, int len, unsigned char *buf)
- {
- struct sk_buff *skb;
- struct snull_priv *priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- /*
- * The packet has been retrieved from the transmission
- * medium. Build an skb around it, so upper layers can handle it
- */
- skb = dev_alloc_skb(len+2);//分配一个socket buffer,而且初始化skb->data,skb->tail和skb->head
- if (!skb) {
- printk("snull rx: low on mem - packet dropped/n");
- priv->stats.rx_dropped++;
- return;
- }
- skb_reserve(skb, 2); /* align IP on 16B boundary */
- memcpy(skb_put(skb, len), buf, len);//skb_put是把数据写入到socket buffer
- /* Write metadata, and then pass to the receive level */
- skb->dev = dev;
- skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);//返回的是协议号
- skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; //此处不校验
- priv->stats.rx_packets++;//接收到包的个数+1
- priv->stats.rx_bytes += len;//接收到包的长度
- netif_rx(skb);//通知内核已经接收到包。而且封装成socket buffer传到上层
- return;
- }
- /*
- * The typical interrupt entry point
- */
- //中断处理。此程序中没有硬件,因此,没有真正的硬件中断,仅仅是模拟中断,在发送完网络数据包之后。会产生中断
- //用来通知内核已经发送完数据包,当新的数据包到达网络接口时,会发生中断。通知新的数据包已经到来了
- void snull_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
- {
- int statusword;//用来标识是发送完成还是接收到新的数据包
- struct snull_priv *priv;
- /*
- * As usual, check the "device" pointer for shared handlers.
- * Then assign "struct device *dev"
- */
- struct net_device *dev = (struct net_device *)dev_id;
- /* ... and check with hw if it's really ours */
- if (!dev /*paranoid*/ ) return;
- /* Lock the device */
- priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- spin_lock(&priv->lock);
- /* retrieve statusword: real netdevices use I/O instructions */
- statusword = priv->status;
- if (statusword & SNULL_RX_INTR) {//假设是接收
- /* send it to snull_rx for handling */
- snull_rx(dev, priv->rx_packetlen, priv->rx_packetdata);
- }
- if (statusword & SNULL_TX_INTR) {//假设发送完成
- /* a transmission is over: free the skb */
- priv->stats.tx_packets++;
- priv->stats.tx_bytes += priv->tx_packetlen;
- dev_kfree_skb(priv->skb);//释放skb 套接字缓冲区
- }
- /* Unlock the device and we are done */
- spin_unlock(&priv->lock);
- return;
- }
- /*
- * Transmit a packet (low level interface)
- */
- //真正的处理的发送数据包
- //模拟从一个网络向还有一个网络发送数据包
- void snull_hw_tx(char *buf, int len, struct net_device *dev)
- {
- /*
- * This function deals with hw details. This interface loops
- * back the packet to the other snull interface (if any).
- * In other words, this function implements the snull behaviour,
- * while all other procedures are rather device-independent
- */
- struct iphdr *ih;//ip头部
- struct net_device *dest;//目标设备结构体。net_device存储一个网络接口的重要信息,是网络驱动程序的核心
- struct snull_priv *priv;
- u32 *saddr, *daddr;//源设备地址与目标设备地址
- /* I am paranoid. Ain't I? */
- if (len < sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr)) {
- printk("snull: Hmm... packet too short (%i octets)/n",
- len);
- return;
- }
- /*
- * Ethhdr is 14 bytes, but the kernel arranges for iphdr
- * to be aligned (i.e., ethhdr is unaligned)
- */
- ih = (struct iphdr *)(buf+sizeof(struct ethhdr));
- saddr = &ih->saddr;
- daddr = &ih->daddr;
- //在同一台机器上模拟两个网络。不同的网段地址,进行发送网络数据包与接收网络数据包
- ((u8 *)saddr)[2] ^= 1; /* change the third octet (class C) ^是位异或操作符把第三个部分的网络地址与1进行异或,因为同一网络的数据不进行转发*/
- ((u8 *)daddr)[2] ^= 1;
- ih->check = 0; /* and rebuild the checksum (ip needs it) */
- ih->check = ip_fast_csum((unsigned char *)ih,ih->ihl);
- if (dev == snull_devs)
- PDEBUGG("%08x:%05i --> %08x:%05i/n",
- ntohl(ih->saddr),ntohs(((struct tcphdr *)(ih+1))->source),
- ntohl(ih->daddr),ntohs(((struct tcphdr *)(ih+1))->dest));
- else
- PDEBUGG("%08x:%05i <-- %08x:%05i/n",
- ntohl(ih->daddr),ntohs(((struct tcphdr *)(ih+1))->dest),
- ntohl(ih->saddr),ntohs(((struct tcphdr *)(ih+1))->source));
- /*
- * Ok, now the packet is ready for transmission: first simulate a
- * receive interrupt on the twin device, then a
- * transmission-done on the transmitting device
- */
- dest = snull_devs + (dev==snull_devs ? 1 : 0);//假设dev是0,那么dest就是1,假设dev是1。那么dest是0
- priv = (struct snull_priv *) dest->priv;//目标dest中的priv
- priv->status = SNULL_RX_INTR;
- priv->rx_packetlen = len;
- priv->rx_packetdata = buf;
- snull_interrupt(0, dest, NULL);
- priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- priv->status = SNULL_TX_INTR;
- priv->tx_packetlen = len;
- priv->tx_packetdata = buf;
- if (lockup && ((priv->stats.tx_packets + 1) % lockup) == 0) {
- /* Simulate a dropped transmit interrupt */
- netif_stop_queue(dev);
- PDEBUG("Simulate lockup at %ld, txp %ld/n", jiffies,
- (unsigned long) priv->stats.tx_packets);
- }
- else
- snull_interrupt(0, dev, NULL);
- }
- /*
- * Transmit a packet (called by the kernel)
- */
- //发包函数
- int snull_tx(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
- {
- int len;
- char *data;
- struct snull_priv *priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- if ( skb == NULL) {
- PDEBUG("tint for %p, skb %p/n", dev, skb);
- snull_tx_timeout (dev);
- if (skb == NULL)
- return 0;
- }
- len = skb->len < ETH_ZLEN ? ETH_ZLEN : skb->len;//ETH_ZLEN是所发的最小数据包的长度
- data = skb->data;//将要发送的数据包中数据部分
- dev->trans_start = jiffies; //保存当前的发送时间
- priv->skb = skb;
- snull_hw_tx(data, len, dev);//真正的发送函数
- return 0; /* Our simple device can not fail */
- }
- /*
- * Deal with a transmit timeout.
- */
- //一旦超出watchdog_timeo就会调用snull_tx_timeout
- void snull_tx_timeout (struct net_device *dev)
- {
- printk("call snull_tx_timeout/n");
- struct snull_priv *priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- PDEBUG("Transmit timeout at %ld, latency %ld/n", jiffies,
- jiffies - dev->trans_start);
- priv->status = SNULL_TX_INTR;
- snull_interrupt(0, dev, NULL);//超时后发生中断
- priv->stats.tx_errors++;//发送的错误数
- netif_wake_queue(dev); //为了再次发送数据,调用此函数,又一次启动发送队列
- return;
- }
- /*
- * Ioctl commands
- */
- int snull_ioctl(struct net_device *dev, struct ifreq *rq, int cmd)
- {
- PDEBUG("ioctl/n");
- return 0;
- }
- /*
- * Return statistics to the caller
- */
- struct net_device_stats *snull_stats(struct net_device *dev)
- {
- struct snull_priv *priv = (struct snull_priv *) dev->priv;
- return &priv->stats;//得到统计资料信息
- }
- //设备初始化函数
- int snull_init(struct net_device *dev)
- {
- printk("call snull_init/n");
- /*
- * Then, assign other fields in dev, using ether_setup() and some
- * hand assignments
- */
- ether_setup(dev);//填充一些以太网中的设备结构体的项
- dev->open = snull_open;
- dev->stop = snull_release;
- //dev->set_config = snull_config;
- dev->hard_start_xmit = snull_tx;
- dev->do_ioctl = snull_ioctl;
- dev->get_stats = snull_stats;
- //dev->change_mtu = snull_change_mtu;
- // dev->rebuild_header = snull_rebuild_header;
- //dev->hard_header = snull_header;
- dev->tx_timeout = snull_tx_timeout;//超时处理
- dev->watchdog_timeo = timeout;
- /* keep the default flags, just add NOARP */
- dev->flags |= IFF_NOARP;
- dev->hard_header_cache = NULL; /* Disable caching */
- SET_MODULE_OWNER(dev);
- /*
- * Then, allocate the priv field. This encloses the statistics
- * and a few private fields.
- */
- //为priv分配内存
- dev->priv = kmalloc(sizeof(struct snull_priv), GFP_KERNEL);
- if (dev->priv == NULL)
- return -ENOMEM;
- memset(dev->priv, 0, sizeof(struct snull_priv));
- spin_lock_init(& ((struct snull_priv *) dev->priv)->lock);
- return 0;
- }
- struct net_device snull_devs[2] = {
- { init: snull_init, }, /* init, nothing more */
- { init: snull_init, }
- };
- int snull_init_module(void)
- {
- int i,result=0;
- strcpy(snull_devs[0].name,"snull0");//net_device结构体中的name表示设备名
- strcpy(snull_devs[1].name,"snull1");//即定义了两个设备,snull0与snull1
- for (i=0; i<2; i++)
- if ( (result = register_netdev(snull_devs+i)) )//注冊设备
- printk("snull: error %i registering device /"%s/"/n",
- result, snull_devs[i].name);
- return 0;
- }
- void snull_cleanup(void)
- {
- int i;
- for (i=0; i<2; i++) {
- kfree(snull_devs[i].priv);
- unregister_netdev(snull_devs+i);
- }
- return;
- }
- module_init(snull_init_module);
- module_exit(snull_cleanup);
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