網絡驅動移植之解析Linux網絡驅動的基本框架

    概括而言，編寫Linux網絡驅動其實只要完成兩件事即可，一是分配並初始化網絡設備，二是注冊網絡設備。

    1、分配並初始化網絡設備

    動態分配網絡設備（從C語言角度來看，其實就是定義了一個struct net_device結構體變量，並對這個結構體變量的某些成員進行了初始化而已）及其私有數據的大致過程如下圖（以以太網設備為例）：

    下面將結合linux-2.6.38.8中的代碼詳細分析網絡設備的分配和初始化過程。 

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/etherdevice.h */  
2. #define alloc_etherdev(sizeof_priv) alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, 1)   
3. #define alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, count) alloc_etherdev_mqs(sizeof_priv, count, count)   
4.   
5. /* linux-2.6.38.8/net/ethernet/eth.c */  
6. struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs,  
7.                       unsigned int rxqs)  
8. {  
9.     return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", ether_setup, txqs, rxqs);  
10. }  
11.   
12. void ether_setup(struct net_device *dev)  
13. {  
14.     dev->header_ops      = ð_header_ops;  
15.     dev->type        = ARPHRD_ETHER;  
16.     dev->hard_header_len     = ETH_HLEN;  
17.     dev->mtu     = ETH_DATA_LEN;  
18.     dev->addr_len        = ETH_ALEN;  
19.     dev->tx_queue_len    = 1000; /* Ethernet wants good queues */  
20.     dev->flags       = IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST;  
21.   
22.     memset(dev->broadcast, 0xFF, ETH_ALEN);  
23.   
24. }  

    以前各類網絡設備的分配函數（如以太網設備的alloc_etherdev）都只是alloc_netdev函數的封裝而已，但對於linux-2.6.38.8而言已經不是這樣了。 

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h */  
2. #define alloc_netdev(sizeof_priv, name, setup) \   
3.     alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, name, setup, 1, 1)  

    alloc_netdev_mqs函數的五個參數分別為私有數據大小、設備名稱、默認初始化函數、發送隊列數目和接收隊列數目。

    以太網設備的名稱設為eth%d，默認初始化函數設為ether_setup，發送和接收隊列數目都設為1。

    函數alloc_netdev_mqs定義在linux-2.6.38.8/net/core/dev.c文件中，大概會完成以下各種操作：

    （1）、為struct net_device和私有數據分配內存空間 

1. alloc_size = sizeof(struct net_device);  
2. if (sizeof_priv) {  
3.     alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN);  //#define NETDEV_ALIGN 32   
4.     alloc_size += sizeof_priv;  
5. }  
6. alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;  
7.   
8. p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);  
9. if (!p) {  
10.     printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device.\n");  
11.     return NULL;  
12. }  
13.   
14. dev = PTR_ALIGN(p, NETDEV_ALIGN);  
15. dev->padded = (char *)dev - (char *)p;  

    對齊操作相關宏： 

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/kernel.h */  
2. #define ALIGN(x, a)     __ALIGN_KERNEL((x), (a))   
3. #define __ALIGN_KERNEL(x, a)        __ALIGN_KERNEL_MASK(x, (typeof(x))(a) - 1)   
4. #define __ALIGN_KERNEL_MASK(x, mask)    (((x) + (mask)) & ~(mask))   
5.       
6. #define PTR_ALIGN(p, a)     ((typeof(p))ALIGN((unsigned long)(p), (a)))  

    （2）、動態分配per-CPU變量 

1. dev->pcpu_refcnt = alloc_percpu(int);  
2. if (!dev->pcpu_refcnt)  
3.     goto free_p;  

    （3）、初始化硬件地址鏈表dev->dev_addrs，並把首元素賦給dev->dev_addr 

1. if (dev_addr_init(dev))  
2.     goto free_pcpu;  

    （4）、初始化組播和單播地址鏈表 

1. dev_mc_init(dev);  
2. dev_uc_init(dev);  

    （5）、設置網絡命名空間 

1. dev_net_set(dev, &init_net);  

    （6）、設置GSO最大值 

1. dev->gso_max_size = GSO_MAX_SIZE;  

    （7）、初始化各種鏈表 

1. INIT_LIST_HEAD(&dev->ethtool_ntuple_list.list);  
2. dev->ethtool_ntuple_list.count = 0;  
3. INIT_LIST_HEAD(&dev->napi_list);  
4. INIT_LIST_HEAD(&dev->unreg_list);  
5. INIT_LIST_HEAD(&dev->link_watch_list);  

    （8）、設置priv_flags值 

1. dev->priv_flags = IFF_XMIT_DST_RELEASE;  

    （9）、執行默認初始化函數（以太網設備默認為ether_setup） 

1. setup(dev);  

    （10）、初始化數據包發送隊列 

1. dev->num_tx_queues = txqs;  
2. dev->real_num_tx_queues = txqs;  
3. if (netif_alloc_netdev_queues(dev))  
4.     goto free_all;  

    （11）、初始化數據包接收隊列 

1. dev->num_rx_queues = rxqs;  
2. dev->real_num_rx_queues = rxqs;  
3. if (netif_alloc_rx_queues(dev))  
4.     goto free_all;  

    （12）、設置網絡設備名稱 

1. strcpy(dev->name, name);