Linux内核学习笔记之网卡驱动的详细分析(2)

现在我们回到上面pci_register_driver的第二步,如果找到相关设备和我们的pci_device_id结构数组对上号了,说明我们找到服务对象了,则调用rtl8139_init_one,它主要做了七件事:

① 建立net_device结构,让它在内核中代表这个网络设备。但是读者可能会问,pci_dev也是代表着这个设备,那么两者有什么区别呢,正如我们上 面讨论的,网卡设备既要遵循PCI规范,也要担负起其作为网卡设备的职责,于是就分了两块,pci_dev用来负责网卡的PCI规范,而这里要说的 net_device则是负责网卡的网络设备这个职责。

dev = init_etherdev (NULL, sizeof (*tp));
if (dev == NULL) {
printk ("unable to alloc new ethernet\n");
return -ENOMEM;
}
tp = dev->priv;

init_etherdev函数在Linux/drivers/net/net_init.c中,在这个函数中分配了net_device的内存并进行了 初步的初始化。这里值得注意的是net_device中的一个成员priv,它代表着不同网卡的私有数据,比如Intel的网卡和Realtek的网卡在 内核中都是以net_device来代表。但是他们是有区别的,比如Intel和Realtek实现同一功能的方法不一样,这些都是靠着priv来体现。 所以这里把拿出来同net_device相提并论。分配内存时,net_device中除了priv以外的成员都是固定的,而priv的大小是可以任意 的,所以分配时要把priv的大小传过去。

②开启这个设备(其实是开启了设备的寄存器映射到内存的功能)

rc = pci_enable_device (pdev);
if (rc)
goto err_out;
pci_enable_device 也是一个内核开发出来的接口,代码在drivers/pci/pci.c中,笔者跟踪发现这个函数主要就是把PCI配置空间的Command域的0位和1 位置成了1,从而达到了开启设备的目的,因为rtl8139的官方datasheet中,说明了这两位的作用就是开启内存映射和I/O映射,如果不开的 话,那我们以上讨论的把控制寄存器空间映射到内存空间的这一功能就被屏蔽了,这对我们是非常不利的,除此之外,pci_enable_device还做了 些中断开启工作。

③获得各项资源

mmio_start = pci_resource_start (pdev, 1);
mmio_end = pci_resource_end (pdev, 1);
mmio_flags = pci_resource_flags (pdev, 1);
mmio_len = pci_resource_len (pdev, 1);

读者也许疑问我们的寄存器被映射到内存中的什么地方是什么时候有谁决定的呢。是这样的,在硬件加电初始化时,BIOS固件同统一检查了所有的PCI设备, 并统一为他们分配了一个和其他互不冲突的地址,让他们的驱动程序可以向这些地址映射他们的寄存器,这些地址被BIOS写进了各个设备的配置空间,因为这个 活动是一个PCI的标准的活动,所以自然写到各个设备的配置空间里而不是他们风格各异的控制寄存器空间里。当然只有BIOS可以访问配置空间。当操作系统 初始化时,他为每个PCI设备分配了pci_dev结构,并且把BIOS获得的并写到了配置空间中的地址读出来写到了pci_dev中的resource 字段中。这样以后我们在读这些地址就不需要在访问配置空间了,直接跟pci_dev要就可以了,我们这里的四个函数就是直接从pci_dev读出了相关数 据,代码在include/linux/pci.h中。定义如下:

#define pci_resource_start(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].start)
#define pci_resource_end(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].end)

这里需要说明一下,每个PCI设备有0-5一共6个地址空间,我们通常只使用前两个,这里我们把参数1传给了bar就是使用内存映射的地址空间。

④把得到的地址进行映射

ioaddr = ioremap (mmio_start, mmio_len);
if (ioaddr == NULL) {
printk ("cannot remap MMIO, aborting\n");
rc = -EIO;
goto err_out_free_res;
}

ioremap是内核提供的用来映射外设寄存器到主存的函数,我们要映射的地址已经从pci_dev中读了出来(上一步),这样就水到渠成的成功映射了而 不会和其他地址有冲突。映射完了有什么效果呢,我举个例子,比如某个网卡有100 个寄存器,他们都是连在一块的,位置是固定的,加入每个寄存器占4个字节,那么一共400个字节的空间被映射到内存成功后,ioaddr就是这段地址的开 头(注意ioaddr是虚拟地址,而mmio_start是物理地址,它是BIOS得到的,肯定是物理地址,而保护模式下CPU不认物理地址,只认虚拟地 址),ioaddr+0就是第一个寄存器的地址,ioaddr+4就是第二个寄存器地址(每个寄存器占4个字节),以此类推,我们就能够在内存中访问到所 有的寄存器进而操控他们了。

⑤重启网卡设备

重启网卡设备是初始化网卡设备的一个重要部分,它的原理就是向寄存器中写入命令就可以了(注意这里写寄存器,而不是配置空间,因为跟PCI没有什么关系),代码如下:

writeb ((readb(ioaddr+ChipCmd) & ChipCmdClear) | CmdReset,ioaddr+ChipCmd);

是我们看到第二参数ioaddr+ChipCmd,ChipCmd是一个位移,使地址刚好对应的就是ChipCmd哪个寄存器,读者可以查阅官方 datasheet得到这个位移量,我们在程序中定义的这个值为:ChipCmd = 0x37;与datasheet是吻合的。我们把这个命令寄存器中相应位(RESET)置1就可以完成操作。

⑥获得MAC地址,并把它存储到net_device中。

for(i = 0; i < 6; i++) { /* Hardware Address */
dev->dev_addr = readb(ioaddr+i);
dev->broadcast = 0xff;
}

我们可以看到读的地址是ioaddr+0到ioaddr+5,读者查看官方datasheet会发现寄存器地址空间的开头6个字节正好存的是这个网卡设备的MAC地址,MAC地址是网络中标识网卡的物理地址,这个地址在今后的收发数据包时会用的上。

⑦向net_device中登记一些主要的函数

dev->open = rtl8139_open;
dev->hard_start_xmit = rtl8139_start_xmit;
dev->stop = rtl8139_close;

由于dev(net_device)代表着设备,把这些函数注册完后,rtl8139_open就是用于打开这个设备, rtl8139_start_xmit就是当应用程序要通过这个设备往外面发数据时被调用,具体的其实这个函数是在网络协议层中调用的,这就涉及到 Linux网络协议栈的内容,不再我们讨论之列,我们只是负责实现它。rtl8139_close用来关掉这个设备。

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