Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡驅動程序編寫

作需要寫了我們公司一塊網(wǎng)卡的Linux驅動程序。經(jīng)歷一個從無到有的過程，深感技術交流的重要。Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強有力武器，日益受到大家的喜愛。真希望她能在中國迅速成長。把程序文檔貼出來，希望和大家探討Linux技術和應用，促進Linux在中國的普及。
　　Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡驅動程序編寫一.Linux系統(tǒng)設備驅動程序概述1.1 Linux設備驅動程序分類1.2 編寫驅動程序的一些基本概念二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡設備驅動程序2.1 網(wǎng)絡驅動程序的結構2.2 網(wǎng)絡驅動程序的基本方法2.3 網(wǎng)絡驅動程序中用到的數(shù)據(jù)結構2.4 常用的系統(tǒng)支持三.編寫Linux網(wǎng)絡驅動程序中可能遇到的問題3.1 中斷共享3.2 硬件發(fā)送忙時的處理3.3 流量控制(flow control)3.4 調(diào)試四.進一步的閱讀五.雜項一.Linux系統(tǒng)設備驅動程序概述1.1 Linux設備驅動程序分類Linux設備驅動程序在Linux的內(nèi)核源代碼中占有很大的比例，源代碼的長度日益增加，主要是驅動程序的增加。在Linux內(nèi)核的不斷升級過程中，驅動程序的結構還是相對穩(wěn)定。在2.0.xx到2.2.xx的變動里，驅動程序的編寫做了一些改變，但是從2.0.xx的驅動到2.2.xx的移植只需做少量的工作。
　　Linux系統(tǒng)的設備分為字符設備(char device)，塊設備(block device)和網(wǎng)絡設備(network device)三種。字符設備是指存取時沒有緩存的設備。塊設備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設備必須能夠隨機存取(random access)，字符設備則沒有這個要求。典型的字符設備包括鼠標，鍵盤，串行口等。塊設備主要包括硬盤軟盤設備，CD-ROM等。一個文件系統(tǒng)要安裝進入操作系統(tǒng)必須在塊設備上。
　　網(wǎng)絡設備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡系統(tǒng)主要是基于BSD unix的socket機制。在系統(tǒng)和驅動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結構(sk_buff)進行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機制，提供對多協(xié)議的支持。
　　1.2 編寫驅動程序的一些基本概念無論是什么操作系統(tǒng)的驅動程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅動程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網(wǎng)絡設備驅動程序的一些基本要求。
　　1.2.1 發(fā)送和接收這是一個網(wǎng)絡設備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅動程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數(shù)在哪里，系統(tǒng)在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時就會調(diào)用你的發(fā) 送程序。還有驅動程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡硬件有數(shù)據(jù)收到最先能得到這個數(shù)據(jù)的也就是驅動程序，它負責把這些原始數(shù)據(jù)進行必要的處理然后送給系統(tǒng)。這里，操作系統(tǒng)必須要提供兩個機制，一個是找到驅動程序的發(fā)送函數(shù)，一個是驅動程序把收到的數(shù)據(jù)送給系統(tǒng)。
　　1.2.2 中斷中斷在現(xiàn)代計算機結構中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅動程序響應中斷的能力。
　　一般是把一個中斷處理程序注冊到系統(tǒng)中去。操作系統(tǒng)在硬件中斷發(fā)生后 調(diào)用驅動程序的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個設備共享一個中斷。
　　1.2.3 時鐘在實現(xiàn)驅動程序時，很多地方會用到時鐘。如某些協(xié)議里的超時處理，沒有中斷機制的硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應為驅動程序提供定時機制。一般是在預定的時 間過了以后回調(diào)注冊的時鐘函數(shù)。在網(wǎng)絡驅動程序中，如果硬件沒有中斷功能，定時器可以提供輪詢(poll)方式對硬件進行存取?；蛘呤菍崿F(xiàn)某些協(xié)議時需要的超時重傳等。
　　二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡設備驅動程序2.1 網(wǎng)絡驅動程序的結構所有的Linux網(wǎng)絡驅動程序遵循通用的接口。設計時采用的是面向對象的方法。一個設備就是一個對象(device 結構)，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個設備的方法被調(diào)用時的第一個參數(shù)都是這個設備對象本身。這樣這個方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)(類似面向對象程序設計時的this引用)。
　　一個網(wǎng)絡設備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。
　　------------------- ---------------------|deliver packets | |receive packets queue||(dev_queue_xmit()) | |them(netif_rx()) |------------------- ---------------------| | // | |-------------------------------------------------------| methods and variables(initialize,open,close,hard_xmit,|| interrupt handler,config,resources,status...) |-------------------------------------------------------| | // | |----------------- ----------------------|send to hardware | |receivce from hardware|----------------- ----------------------| | // | |-----------------------------------------------------| hardware media |-----------------------------------------------------初始化程序完成硬件的初始化、device中變量的初始化和系統(tǒng)資源的申請。發(fā)送程序是在驅動程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時自動調(diào)用的。一般驅動程序中不對發(fā)送數(shù)據(jù)進行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)一般是通過硬件中斷來通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個skbuff結構中，然后調(diào)用netif_rx()傳遞給上層處理。
　　2.2 網(wǎng)絡驅動程序的基本方法網(wǎng)絡設備做為一個對象，提供一些方法供系統(tǒng)訪問。正是這些有統(tǒng)一接口的方法，掩蔽了硬件的具體細節(jié)，讓系統(tǒng)對各種網(wǎng)絡設備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到硬件無關性。
　　下面解釋最基本的方法。
　　2.2.1 初始化(initialize)驅動程序必須有一個初始化方法。在把驅動程序載入系統(tǒng)的時候會調(diào)用這個初始化程序。它做以下幾方面的工作。檢測設備。在初始化程序里你可以根據(jù)硬件的特征檢查硬件是否存在，然后決定是否啟動這個驅動程序。配置和初始化硬件。在初始化程序里你可以完成對硬件資源的配置，比如即插即用的硬件就可以在這個時候進行配置(Linux內(nèi)核對PnP功能沒有很好的支持，可以在驅動程序里完成這個功能)。配置或協(xié)商好硬件占用的資源以后，就可以向系統(tǒng)申請這些資源。有些資源是可以和別的設備共享的，如中斷。有些是不能共享的，如IO、DMA。接下來你要初始化device結構中的變量。最后，你可以讓硬件正式開始工作。
　　2.2.2 打開(open)open這個方法在網(wǎng)絡設備驅動程序里是網(wǎng)絡設備被激活的時候被調(diào)用(即設備狀態(tài)由down-->up)。所以實際上很多在initialize中的工作可以放到這里來做。比如資源的申請，硬件的激活。如果dev->open返回非0(error)，則硬件的狀態(tài)還是down。
　　open方法另一個作用是如果驅動程序做為一個模塊被裝入，則要防止模塊卸載時設備處于打開狀態(tài)。在open方法里要調(diào)用MOD_INC_USE_COUNT宏。
　　2.2.3 關閉(stop)close方法做和open相反的工作。可以釋放某些資源以減少系統(tǒng)負擔。close是在設備狀態(tài)由up轉為down時被調(diào)用的。另外如果是做為模塊裝入的驅動程序，close里應該調(diào)用MOD_DEC_USE_COUNT，減少設備被引用的次數(shù)，以使驅動程序可以被卸載。
　　另外close方法必須返回成功(0==success)。
　　2.2.4 發(fā)送(hard_start_xmit)所有的網(wǎng)絡設備驅動程序都必須有這個發(fā)送方法。在系統(tǒng)調(diào)用驅動程序的xmit時，發(fā)送的數(shù)據(jù)放在一個sk_buff結構中。一般的驅動程序把數(shù)據(jù)傳給硬件發(fā)出去。也有一些特殊的設備比如loopback把數(shù)據(jù)組成一個接收數(shù)據(jù)再回送給系統(tǒng)，或者dummy設備直接丟棄數(shù)據(jù)。
　　如果發(fā)送成功，hard_start_xmit方法里釋放sk_buff，返回0(發(fā)送成功)。如果設備暫時無法處理，比如硬件忙，則返回1。這時如果dev->tbusy置為非0，則系統(tǒng)認為硬件忙，要等到dev->tbusy置0以后才會再次發(fā)送。tbusy的置0任務一般由中斷完成。硬件在發(fā)送結束后產(chǎn)生中斷，這時可以把tbusy置0，然后用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。
　　在發(fā)送不成功的情況下，也可以不置dev->tbusy為非0，這樣系統(tǒng)會不斷嘗試重發(fā)。如果hard_start_xmit發(fā)送不成功，則不要釋放sk_buff。傳送下來的sk_buff中的數(shù)據(jù)已經(jīng)包含硬件需要的幀頭。所以在發(fā)送方法里不需要再填充硬件幀頭，數(shù)據(jù)可以直接提交給硬件發(fā)送。sk_buff是被鎖住的(locked)，確保其他程序不會存取它。
　　2.2.5 接收(reception)驅動程序并不存在一個接收方法。有數(shù)據(jù)收到應該是驅動程序來通知系統(tǒng)的。一般設備收到數(shù)據(jù)后都會產(chǎn)生一個中斷，在中斷處理程序中驅動程序申請一塊sk_buff(skb)，從硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請好的緩沖區(qū)里。接下來填充sk_buff中 的一些信息。skb->dev= dev，判斷收到幀的協(xié)議類型，填入skb->protocol(多協(xié) 議的支持)。把指針skb->mac.raw指向硬件數(shù)據(jù)然后丟棄硬件幀頭(skb_pull)。還要設置skb->pkt_type，標明第二層(鏈路層)數(shù)據(jù)類型。可以是以下類型：
　　PACKET_BROADCAST : 鏈路層廣播PACKET_MULTICAST : 鏈路層組播PACKET_SELF : 發(fā)給自己的幀PACKET_OTHERHOST : 發(fā)給別人的幀(監(jiān)聽模式時會有這種幀)最后調(diào)用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)議層。netif_rx()里數(shù)據(jù)放入處理隊列然后返回，真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時間。調(diào)用netif_rx()以后，驅動程序就不能再存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)skb。
　　2.2.6 硬件幀頭(hard_header)硬件一般都會在上層數(shù)據(jù)發(fā)送之前加上自己的硬件幀頭，比如以太網(wǎng)(Ethernet)就有14字節(jié)的幀頭。這個幀頭是加在上層ip、ipx等數(shù)據(jù)包的前面的。驅動程序提供一個hard_header方法，協(xié)議層(ip、ipx、arp等)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會調(diào)用這段程序。
　　硬件幀頭的長度必須填在dev->hard_header_len，這樣協(xié)議層回在數(shù)據(jù)之前保留好硬件幀頭的空間。這樣hard_header程序只要調(diào)用skb_push然后正確填入硬件幀頭就可以了。
　　在協(xié)議層調(diào)用hard_header時，傳送的參數(shù)包括(2.0.xx)：數(shù)據(jù)的sk_buff，device指針，protocol，目的地址(daddr)，源地址(saddr)，數(shù)據(jù)長度(len)。數(shù)據(jù)長度不要使用sk_buff中的參數(shù)，因為調(diào)用hard_header時數(shù)據(jù)可能還沒完全組織好。saddr是NULL的話是使用缺省地址(default)。daddr是NULL表明協(xié)議層不知道硬件目的地址。如果hard_header完全填好了硬件幀頭，則返回添加的字節(jié)數(shù)。如果硬件幀頭中的信息還不完全(比如daddr為NULL，但是幀頭中需要目的硬件地址。典型的情況是以太網(wǎng)需要地址解析(arp))，則返回負字節(jié)數(shù)。hard_header返回負數(shù)的情況下，協(xié)議層會做進一步的build header的工作。目前Linux系統(tǒng)里就是做arp (如果hard_header返回正，dev->arp=1，表明不需要做arp，返回負，dev->arp=0，做arp)。
　　對hard_header的調(diào)用在每個協(xié)議層的處理程序里。如ip_output。
　　2.2.7 地址解析(xarp)有些網(wǎng)絡有硬件地址(比如Ethernet)，并且在發(fā)送硬件幀時需要知道目的硬件地址。這樣就需要上層協(xié)議地址(ip、ipx)和硬件地址的對應。這個對應是通過地址解析完成的。
　　需要做arp的的設備在發(fā)送之前會調(diào)用驅動程序的rebuild_header方法。調(diào)用的主要參數(shù)包括指向硬件幀頭的指針，協(xié)議層地址。如果驅動程序能夠解析硬件地址，就返回1，如果不能，返回0。
　　對rebuild_header的調(diào)用在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()里。
　　2.2.8 參數(shù)設置和統(tǒng)計數(shù)據(jù)在驅動程序里還提供一些方法供系統(tǒng)對設備的參數(shù)進行設置和讀取信息。一般只有超級用戶(root)權限才能對設備參數(shù)進行設置。設置方法有：
　　dev->set_mac_address()當用戶調(diào)用ioctl類型為SIOCSIFHWADDR時是要設置這個設備的mac地址。一般對mac地址的設置沒有太大意義的。
　　dev->set_config()當用戶調(diào)用ioctl時類型為SIOCSIFMAP時，系統(tǒng)會調(diào)用驅動程序的set_config方法。用戶會傳遞一個ifmap結構包含需要的I/O、中斷等參數(shù)。
　　dev->do_ioctl()如果用戶調(diào)用ioctl時類型在SIOCDEVPRIVATE和SIOCDEVPRIVATE 15之間，系統(tǒng)會調(diào)用驅動程序的這個方法。一般是設置設備的專用數(shù)據(jù)。
　　讀取信息也是通過ioctl調(diào)用進行。除次之外驅動程序還可以提供一個dev->get_stats方法，返回一個enet_statistics結構，包含發(fā)送接收的統(tǒng)計信息。ioctl的處理在net/core/dev.c的dev_ioctl()和dev_ifsioc()里。
　　linuxman@263.net.3 網(wǎng)絡驅動程序中用到的數(shù)據(jù)結構最重要的是網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)結構。定義在include/linux/netdevice.h里。它的注釋已經(jīng)足夠詳盡。
　　struct device{/** This is the first field of the "visible" part of this structure* (i.e. as seen by users in the "Space.c" file). It is the name* the interface.
　　*/char *name;/* I/O specific fields - FIXME: Merge these and struct ifmap into one */unsigned long rmem_end; /* shmem "recv" end */unsigned long rmem_start; /* shmem "recv" start */unsigned long mem_end; /* shared mem end */unsigned long mem_start; /* shared mem start */unsigned long base_addr; /* device I/O address */unsigned char irq; /* device IRQ number *//* Low-level status flags. */volatile unsigned char start, /* start an operation */interrupt; /* interrupt arrived *//* 在處理中斷時interrupt設為1，處理完清0。 */unsigned long tbusy; /* transmitter busy must be long forbitops */struct device *next;/* The device initialization function. Called only once. *//* 指向驅動程序的初始化方法。 */int (*init)(struct device *dev);/* Some hardware also needs these fields, but they are not part of theusual set specified in Space.c. *//* 一些硬件可以在一塊板上支持多個接口，可能用到if_port。 */unsigned char if_port; /* Selectable AUI, TP,..*/unsigned char dma; /* DMA channel */struct enet_statistics* (*get_stats)(struct device *dev);/** This marks the end of the "visible" part of the structure. All* fields hereafter are internal to the system, and may change at* will (read: may be cleaned up at will).
　　*//* These may be needed for future network-power-down code. *//* trans_start記錄最后一次成功發(fā)送的時間?？梢杂脕泶_定硬件是否工作正常。*/unsigned long trans_start; /* Time (in jiffies) of last Tx */unsigned long last_rx; /* Time of last Rx *//* flags里面有很多內(nèi)容，定義在include/linux/if.h里。*/unsigned short flags; /* interface flags (a la BSD) */unsigned short family; /* address family ID (AF_INET) */unsigned short metric; /* routing metric (not used) */unsigned short mtu; /* interface MTU value *//* type標明物理硬件的類型。主要說明硬件是否需要arp。定義在include/linux/if_arp.h里。 */unsigned short type; /* interface hardware type *//* 上層協(xié)議層根據(jù)hard_header_len在發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)前面預留硬件幀頭空間。*/unsigned short hard_header_len; /* hardware hdr length *//* priv指向驅動程序自己定義的一些參數(shù)。*/void *priv; /* pointer to private data *//* Interface address info. */unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN]; /* hw bcast add */unsigned char pad; /* make dev_addr aligned to 8bytes */unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN]; /* hw address */unsigned char addr_len; /* hardware address length */unsigned long pa_addr; /* protocol address */unsigned long pa_brdaddr; /* protocol broadcast addr */unsigned long pa_dstaddr; /* protocol P-P other side addr */unsigned long pa_mask; /* protocol netmask */unsigned short pa_alen; /* protocol address length */struct dev_mc_list *mc_list; /* Multicast mac addresses */int mc_count; /* Number of installed mcasts */struct ip_mc_list *ip_mc_list; /* IP multicast filter chain */__u32 tx_queue_len; /* Max frames per queue allowed *//* For load balancing driver pair support */unsigned long pkt_queue; /* Packets queued */struct device *slave; /* Slave device */struct net_alias_info *alias_info; /* main dev alias info */struct net_alias *my_alias; /* alias devs *//* Pointer to the interface buffers. */struct sk_buff_head buffs[DEV_NUMBUFFS];/* Pointers to interface service routines. */int (*open)(struct device *dev);int (*stop)(struct device *dev);int (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb,struct device *dev);int (*hard_header) (struct sk_buff *skb,struct device *dev,unsigned short type,void *daddr,void *saddr,unsigned len);int (*rebuild_header)(void *eth, struct device *dev,unsigned long raddr, struct sk_buff *skb);#define HAVE_MULTICASTvoid (*set_multicast_list)(struct device *dev);#define HAVE_SET_MAC_ADDRint (*set_mac_address)(struct device *dev, void *addr);#define HAVE_PRIVATE_IOCTLint (*do_ioctl)(struct device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd);#define HAVE_SET_CONFIGint (*set_config)(struct device *dev, struct ifmap *map);#define HAVE_HEADER_CACHEvoid (*header_cache_bind)(struct hh_cache **hhp, struct device*dev, unsigned short htype, __u32 daddr);void (*header_cache_update)(struct hh_cache *hh, struct device*dev, unsigned char * haddr);#define HAVE_CHANGE_MTUint (*change_mtu)(struct device *dev, int new_mtu);struct iw_statistics* (*get_wireless_stats)(struct device *dev);};2.4 常用的系統(tǒng)支持2.4.1 內(nèi)存申請和釋放include/linux/kernel.h里聲明了kmalloc()和kfree()。用于在內(nèi)核模式下申請和釋放內(nèi)存。
　　void *kmalloc(unsigned int len,int priority);void kfree(void *__ptr);與用戶模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方?？梢陨暾埖淖畲箝L度也有限制。另外kmalloc()有priority參數(shù)，通常使用時可以為GFP_KERNEL，如果在中斷里調(diào)用用GFP_ATOMIC參數(shù)，因為使用GFP_KERNEL 則調(diào)用者可能進入sleep狀態(tài)，在處理中斷時是不允許的。
　　kfree()釋放的內(nèi)存必須是kmalloc()申請的。如果知道內(nèi)存的大小，也可以用kfree_s()釋放。
　　2.4.2 request_irq()、free_irq()這是驅動程序申請中斷和釋放中斷的調(diào)用。在include/linux/sched.h里聲明。
　　request_irq()調(diào)用的定義：
　　int request_irq(unsigned int irq,void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),unsigned long irqflags,const char * devname,void *dev_id);irq是要申請的硬件中斷號。在Intel平臺，范圍0--15。handler是向系統(tǒng)登記的中斷處理函數(shù)。這是一個回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時，系統(tǒng)調(diào)用這個函數(shù)，傳入的參 數(shù)包括硬件中斷號，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時傳遞 給系統(tǒng)的參數(shù)dev_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，標明中斷處理程序是快速處理程序(設置SA_INTERRUPT)還是慢速處理程序(不設置SA_INTERRUPT)?？焖偬幚沓绦虮徽{(diào)用時屏蔽所有中斷。慢速處理程序不屏蔽。還有 一個SA_SHIRQ屬性，設置了以后運行多個設備共享中斷。dev_id在中斷共享時會用到。一般設置為這個設備的device結構本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id 找到相應的控制這個中斷的設備，或者用irq2dev_map找到中斷對應的設備。
　　void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);2.4.3 時鐘時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函數(shù)，在預定的時間過后，系統(tǒng)會調(diào)用這個函數(shù)。在include/linux/timer.h里聲明。
　　struct timer_list {struct timer_list *next;struct timer_list *prev;unsigned long expires;unsigned long data;void (*function)(unsigned long);};void add_timer(struct timer_list * timer);int del_timer(struct timer_list * timer);void init_timer(struct timer_list * timer);使用時鐘，先聲明一個timer_list結構，調(diào)用init_timer對它進行初始化。
　　time_list結構里expires是標明這個時鐘的周期，單位采用jiffies的單位。
　　jiffies是Linux一個全局變量，代表時間。它的單位隨硬件平臺的不同而不同。
　　系統(tǒng)里定義了一個常數(shù)HZ，代表每秒種最小時間間隔的數(shù)目。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒，這就是系統(tǒng)所能分辨的最小時間間隔了。所以expires/HZ就是以秒為單位的這個時鐘的周期。
　　function就是時間到了以后的回調(diào)函數(shù)，它的參數(shù)就是timer_list中的data。data這個參數(shù)在初始化時鐘的時候賦值，一般賦給它設備的device結構指針。
　　在預置時間到系統(tǒng)調(diào)用function，同時系統(tǒng)把這個time_list從定時隊列里清除。所以如果需要一直使用定時函數(shù)，要在function里再次調(diào)用add_timer()把這個timer_list加進定時隊列。
　　2.4.4 I/OI/O端口的存取使用：
　　inline unsigned int inb(unsigned short port);inline unsigned int inb_p(unsigned short port);inline void outb(char value, unsigned short port);inline void outb_p(char value, unsigned short port);在include/adm/io.h里定義。
　　inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在于前者在存取I/O時有等待(pause)一適應慢速的I/O設備。
　　為了防止存取I/O時發(fā)生沖突，Linux提供對端口使用情況的控制。在使用端口之前，可以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把端口標記為正在使用，使用完后再釋放。系統(tǒng)提供以下幾個函數(shù)做這些工作。
　　int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name);void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);其中的參數(shù)from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標明從from開始的端口數(shù)目。name為設備名稱。
　　2.4.5 中斷打開關閉系統(tǒng)提供給驅動程序開放和關閉響應中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個定義。
　　#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)2.4.6 打印信息類似普通程序里的printf()，驅動程序要輸出信息使用printk()。在include/linux/kernel.h里聲明。
　　int printk(const char* fmt, ...);其中fmt是格式化字符串。...是參數(shù)。都是和printf()格式一樣的。
　　2.4.7 注冊驅動程序如果使用模塊(module)方式加載驅動程序，需要在模塊初始化時把設備注冊 到系統(tǒng)設備表里去。不再使用時，把設備從系統(tǒng)中卸除。定義在drivers/net/net_init.h里的兩個函數(shù)完成這個工作。
　　int register_netdev(struct device *dev);void unregister_netdev(struct device *dev);dev就是要注冊進系統(tǒng)的設備結構指針。在register_netdev()時，dev結構一般填寫前面11項，即到init，后面的暫時可以不用初始化。最重要的是name指針和init方法。name指針空(NULL)或者內(nèi)容為或者name[0]為空格(space)，則系統(tǒng)把你的設備做為以太網(wǎng)設備處理。以太網(wǎng)設備有統(tǒng)一的命名格式，ethX。對以太網(wǎng)這么特別對待大概和Linux的歷史有關。
　　init方法一定要提供，register_netdev()會調(diào)用這個方法讓你對硬件檢測和設置。
　　register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。
　　2.4.8 sk_buffLinux網(wǎng)絡各層之間的數(shù)據(jù)傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩沖區(qū)的方法，是Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡高效運行的關鍵。每個sk_buff包括一些控制方法和一塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
　　控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個buffer鏈的方法，另一種是控制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據(jù)網(wǎng)絡應用的特點，對鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制方法都很短小以盡量減少系統(tǒng)負荷。(translated from article written by Alan Cox)常用的方法包括：
　　.alloc_skb() 申請一個sk_buff并對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。
　　.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩沖區(qū)后，保留16字節(jié)的幀頭空間。主要用在Ethernet驅動程序。
　　.kfree_skb() 釋放一個sk_buff。
　　.skb_clone() 復制一個sk_buff，但不復制數(shù)據(jù)部分。
　　.skb_copy()完全復制一個sk_buff。
　　.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表里取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表空則返回NULL。這是常用的一個操作。
　　.skb_queue_head() 在一個sk_buff鏈表頭放入一個元素。
　　.skb_queue_tail() 在一個sk_buff鏈表尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的處理主要是對一個先進先出隊列的管理，skb_queue_tail()和skb_dequeue()完成這個工作。
　　.skb_insert() 在鏈表的某個元素前插入一個元素。
　　.skb_append() 在鏈表的某個元素后插入一個元素。一些協(xié)議(如TCP)對沒按順序到達的數(shù)據(jù)進行重組時用到skb_insert()和skb_append()。
　　.skb_reserve() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里保留一塊空間。這個空間一般是用做下一層協(xié)議的頭空間的。
　　.skb_put() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里為數(shù)據(jù)保留一塊空間。在alloc_skb以后，申請到的sk_buff的緩沖區(qū)都是處于空(free)狀態(tài)，有一個tail指針指向free空間，實際上開始時tail就指向緩沖區(qū)頭。skb_reserve()在free空間里申請協(xié)議頭空間，skb_put()申請數(shù)據(jù)空間。見下面的圖。
　　.skb_push() 把sk_buff緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到Data area。
　　.skb_pull() 把sk_buff緩沖區(qū)里Data area中的空間移一部分到Head room中。
　　--------------------------------------------------| Tail room(free) |--------------------------------------------------After alloc_skb()--------------------------------------------------| Head room | Tail room(free) |--------------------------------------------------After skb_reserve()--------------------------------------------------| Head room | Data area | Tail room(free) |--------------------------------------------------After skb_put()--------------------------------------------------|Head| skb_ | Data | Tail room(free) ||room| push | | || | Data area | |--------------------------------------------------After skb_push()--------------------------------------------------| Head | skb_ | Data area | Tail room(free) || | pull | | || Head room | | |--------------------------------------------------After skb_pull()三.編寫Linux網(wǎng)絡驅動程序中需要注意的問題3.1 中斷共享Linux系統(tǒng)運行幾個設備共享同一個中斷。需要共享的話，在申請的時候指明共享方式。
　　系統(tǒng)提供的request_irq()調(diào)用的定義：
　　int request_irq(unsigned int irq,void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),unsigned long irqflags,const char * devname,void *dev_id);如果共享中斷，irqflags設置SA_SHIRQ屬性，這樣就允許別的設備申請同一個中斷。需要注意所有用到這個中斷的設備在調(diào)用request_irq()都必須設置這個屬性。系統(tǒng)在回調(diào)每個中斷處理程序時，可以用dev_id這個參數(shù)找到相應的設備。一 般dev_id就設為device結構本身。系統(tǒng)處理共享中斷是用各自的dev_id參數(shù)依次調(diào)用每一個中斷處理程序。
　　3.2 硬件發(fā)送忙時的處理主CPU的處理能力一般比網(wǎng)絡發(fā)送要快，所以經(jīng)常會遇到系統(tǒng)有數(shù)據(jù)要發(fā)，但上一包數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設備還沒發(fā)送完。因為在Linux里網(wǎng)絡設備驅動程序一般不做數(shù)據(jù)緩存，不能發(fā)送的數(shù)據(jù)都是通知系統(tǒng)發(fā)送不成功，所以必須要有一個機制在硬件不忙時及時通知系統(tǒng)接著發(fā)送下面的數(shù)據(jù)。
　　一般對發(fā)送忙的處理在前面設備的發(fā)送方法(hard_start_xmit)里已經(jīng)描述過，即如果發(fā)送忙，置tbusy為1。處理完發(fā)送數(shù)據(jù)后，在發(fā)送結束中斷里清tbusy，同時用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送。
　　但在具體實現(xiàn)我的驅動程序時發(fā)現(xiàn)，這樣的處理系統(tǒng)好象并不能及時地知道硬件已經(jīng)空閑了，即在mark_bh()以后，系統(tǒng)要等一段時間才會接著發(fā)送。造成發(fā)送效率很低。2M線路只有10%不到的使用率。內(nèi)核版本為2.0.35。
　　我最后的實現(xiàn)是不把tbusy置1，讓系統(tǒng)始終認為硬件空閑，但是報告發(fā)送不成功。系統(tǒng)會一直嘗試重發(fā)。這樣處理就運行正常了。但是遍循內(nèi)核源碼中的網(wǎng)絡驅動程序，似乎沒有這樣處理的。不知道癥結在哪里。
　　3.3 流量控制(flow control)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都需要流量控制。這些控制是在系統(tǒng)里實現(xiàn)的，不需要驅動程序做工作。每個設備數(shù)據(jù)結構里都有一個參數(shù)dev->tx_queue_len，這個參數(shù)標明發(fā)送時最多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設備(10/100Mbps)tx_queue_len一般設置為100，串行線路(異步串口)為10。實際上如果看源碼可以知道，設置了dev->tx_queue_len并不是為緩存這些數(shù)據(jù)申請了空間。這個參數(shù)只是在收到協(xié)議層的數(shù)據(jù)包時判斷發(fā)送隊列里的數(shù)據(jù)是不是到了tx_queue_len的限度，以決定這一包數(shù)據(jù)加不加進發(fā)送隊列。發(fā)送時另一個方面的流控是更高層協(xié)議的發(fā)送窗口(TCP協(xié)議里就有發(fā)送窗口)。達到了窗口大小，高層協(xié)議就不會再發(fā)送數(shù)據(jù)。
　　接收流控也分兩個層次。netif_rx()緩存的數(shù)據(jù)包有限制。另外高層協(xié)議也會有一個最大的等待處理的數(shù)據(jù)量。
　　發(fā)送和接收流控處理在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()和netif_rx()中。
　　3.4 調(diào)試很多Linux的驅動程序都是編譯進內(nèi)核的，形成一個大的內(nèi)核文件。但對調(diào)試來說，這是相當麻煩的。調(diào)試驅動程序可以用module方式加載。支持模塊方式的驅動程序必須提供兩個函數(shù)：int init_module(void)和void cleanup_module(void)。init_module()在加載此模塊時調(diào)用，在這個函數(shù)里可以register_netdev()注冊設備。init_module()返回0表示成功，返回負表示失敗。cleanup_module()在驅動程序被卸載時調(diào)用，清除占用的資源，調(diào)用unregister_netdev()。
　　模塊可以動態(tài)地加載、卸載。在2.0.xx版本里，還有kerneld自動加載模塊，但是2.2.xx中已經(jīng)取消了kerneld。手工加載使用insmod命令，卸載用rmmod命令，看內(nèi)核中的模塊用lsmod命令。
　　編譯驅動程序用gcc，主要命令行參數(shù)-DKERNEL -DMODULE。并且作為模塊加載的驅動程序，只編譯成obj形式(加-c參數(shù))。編譯好的目標文件放在/lib/modules/2.x.xx/misc下，在啟動文件里用insmod加載。
　　四.進一步的閱讀Linux程序設計資料可以從網(wǎng)上獲得。這就是開放源代碼的好處。并且沒有什么“未公開的秘密”。我編寫驅動程序時參閱的主要資料包括：
　　Linux內(nèi)核源代碼The Linux Kernel Hackers Guide>> by Michael K. JohnsonLinux Kernel Module Programming Guide>> by Ori PomerantzLinux下的設備驅動程序> by olly in BBS水木清華站可以選擇一個模板作為開始，內(nèi)核源代碼里有一個網(wǎng)絡驅動程序的模板，drivers/net/skeleton.c。里面包含了驅動程序的基本內(nèi)容。但這個模板是以以太網(wǎng)設備為對象的，以太網(wǎng)的處理在Linux系統(tǒng)里有特殊“待遇”，所以如果不是以太網(wǎng)設備，有些細節(jié)上要注意，主要在初始化程序里。
　　最后，多參照別人寫的程序，聽聽其他開發(fā)者的經(jīng)驗之談大概是最有效的幫助了。