ARM嵌入式linux网卡驱动

‰| 蛾 Linux内核 中网络设备驱动程序的编写需要对 内核 有一 定 了解 ，本文详细介 绍 Linux网络驱动程序开发全过程 ，总结 了调试与编译进 内核的过程 ，并且给 出 了嵌入式 Linux下网络设备驱动程序开发中应注意的问题 。 ARM嵌入式 Linux网卡驱动开发 Linux作为一个开放源代码 的操作系统 ，具有稳定 、高效 、 易裁 减 和 硬件 支 持 广 泛等 特 点 ，被广泛应用于嵌入 式系统 开发领域 。在Linux系统下 驱动程序简洁 、操作方便 、功 能强大 ，但是支持的函数却较 少 ，只有一些来源于 内核 Ker- nel中的函数。因此 ，在嵌入式 Linux系统开发应用时，需要开 发 自己专用 的网络接 口卡 ，这 时 不 仅 要 在 硬 件 上 保 证 与 Linux的兼容性 ，而且在软件上 需要开发全新的驱动程序 。本 文就 以 ARM 的 MC9328MX1 平台网卡 C$8900A的驱动为 例来 介绍 Linux驱动程序 的具 体实现。 80 Jf放系统 ill= 2006 ．o8 网络设备工作原理 在 Linux操作系统中，为了 方便对各类外 围I／o设备 的管 理 ，将所有设备归结为三类 ，即 字符设备(如键盘、LCD等)、块 设备(如硬盘 、CF卡等)和 网络 设备(如 网卡等)。类似于对字符 设备和块设备 的处理 ，为了屏 蔽 网络环境 中物理 网络设备 的 多榉 l生，Linux利用面 向对象的 思想对所有 的网络物理设备进 行抽象 ，并且定义 了一个统一 的接 口。对 于所有 网络硬件的 访 问都是通过接 口进行的 ，接 口向用户提供 了一个对于所有 类型的网络硬件一致化的操作 集合 ，从而屏 蔽了x,-t~-种网络 ■ 刘莲花 郭文成 张 东军 芯片的具体访 问方式 ，提高 了 程 序 的易 用性 和 通 用性 。在 Linux系统内核中存在字符设备 管理表 chrdevs和块设备管理 表 blkdevs，这两张保存着指向 file—operations结构的指针设备 管理表分别用来描述各种字符 设备驱动程序和块设备驱动程 序。此外，在 内核 中也存在着一 张网络接 口管理表 dev_base， 但与前两张表不同，dev_base 是指向net_device结构的指针， 因 为 网 络 设 备 是 通 过 Bet _ device数据结构来表示 。 D e v — ba se实 际上 是 一条 net _ device结构链表的表头，在 系统初始化完成 以后 ，系统检 测到的网络设备将 自动地保存 维普资讯 http://www.cqvip.com 在 这张链表 中，其 中每一个链 表节点表示一个 系统 中存在的 物理网络设备。发送数据前 ，网 络子系统根据系统路 由表选择 相应的网络接 口进行数据传输， 当接收到数据包时 ，通过驱动 程序登记 的中断服务程序进行 数据的接收处理 。 本 文驱动 CS8900的关键 就是按照芯 片要求 向CS8900 所挂接 的地址写入 特定数据 ， 来配置 CS8900的工作方 式 ， 超 时、数据 长度 、协议类 型 、 MAC地址 ，以及接收方 式等 。 然后 每次接 收 到 CS8900产 生 的 中 断 时 ， 就 只 需 从 CS8900所 挂接的地址读取数 据 即可。 CS8900网卡驱动程序 实现过程 本开发过程采用一款基于 ARM920T核心的嵌入 式微处 理器 ，该处理器 内嵌了以太 网 MAC层的处理机能 ，并且根据 IEEE802．3中关于 MlI接 口标 准 的规定 ，通过该接 口与 CS8900网卡 芯片进行连接 ， 实现 网络的连接 ，两者共 同构 成 网络中的硬件层。 1．实现模式 Linux驱动程序的加载有两 种方式 ：一种是编译成模块 以 供动态加 载 ，使 用 insmod／ rmmod；~l载或卸载设备驱动程 J『字；另一种是静态编译进 内核。 模块设计是 Linux中特有的技 术 ，它使 Linux内核功能易于扩 展 ，采用模块方 式来设计Linux 网络设备 驱动程序 也很方便 ， 并且能够形成固定的模式 。在 嵌入式设备 中，硬件一般只是 完成 比较特定、专一的功能 ，一 般选择将驱动程序静态编译进 内核 ，这样可以获得更高 的效 率 。根据这两种方式的特点 ，本 在调试过程中采用模块加 载 ，方便调试 ，省去了反复编 译 内核 的麻烦 ，调试成功后将 其 编译进 内核 ，以获得 更高的 运行效率 。 跌加教测 步骣 口图 1。 ◆ 通 过 模 块 加 载 命 令 insmod把网络设备驱动程序插 入 到内核之 中。 ◆ 入 口函数 init_module() 通过调 用 register_．netdev0函 数在 Linux系统 中注册该 网络 设备 。 图1模块加载步骤图 放系统li{=界 ◆如果注册成 功 ，则调用 init函数 指针所指 向的初始化 函数来对设备初始化 ，将设备 的neLdevice数据结构插入到 dev ． ． ．base链表的末尾。 初始化结束后 ，就可 以打 开设备 ，进行 数据包 的发送和 接收。在需要卸载模块 时 ，先 关 闭设 备 ，再通过执行模块卸 载命令 rmmod来调用驱动程 序 中的 cleanup_moduIe()函 数 卸 载该 模块 。 2．初始化 ◆ 网络设备 的初始化直接 在 Lmodule()函数里完成 。 首先通过检测相应物 理设备 的 硬件特性来判断 网卡设备是否 真正存在 ，CS8900芯片挂接 的地址是 oxfe000300，检 测到 此 ，即是检测到 网卡存在 。 ◆ 用从硬件检测到 的数值 来对 网卡数据结构 net_．device 中的相 关项进行初始化 ，并填 写一些必要的函数指针。 N et — devic'e 》open net _ open； N et device一>§toP =net _ close； NeLdevice->tx_ti meout net _ timeout； N e t — d e v i c e 一> watchdogjimeo=HZ： N e t — d e v i c e 一> 侧 洲 ni 洲 撇 Net — deVice一>get _ stats =net _ get _ stats； N e t — d e v i c e ·> s e t m u I t i c a s t Ii s t nR OPEN SOURCE 2006 WORLD M0N下HLY U Q 1 I ．08 维普资讯 http://www.cqvip.com 嵌入式 mbedded Applicatjon摩舅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 责编／何晓龙 hxl@ccu．com．cn 美编／庆琨 ， =s~ multicasLlist； N e气-|d e v a e-》 毫e t。 m a C — a d d e|s S =set _ m ac _ address； ◆ Unux内核注册谈没备。 I=regiStet,het媳e (&dev_cs89x0) 并申请中断服务： 一。 retvaI= request q (unsigned int irq，void(*hander) (int，void 。struct pt．regS*),un, signed long irqJlagsiconst char devname，void dev _ id)； 3．数据包的发送与接收 实现 Linux网络驱动程序最 关键的两个过程就是数据 包的 发送和接收 ，对这两个过程处理 的好坏将直接影响到驱动程序 的整体运行质量。图2是网络数 据包传输的整个的流程。 4．一发送数据包 ◆ 应用程序通过系统调用 进入到 内核空间 ，把数据包传 送到协议栈的顶端。 ◆ 经过 TCP／IP协议层 的处理 ，把分配好的数据 包传 送到 MAC层的缓冲 区中。 ◆ 由 DMA 将数据包传送 到网络芯 片。 5．接收数据包 ◆ 接收到 的数据包通过网 络芯片校验 后 ，通过 DMA传人 到 MAC层的缓冲 区中。 ◆ 发送到 lP网络层的接收 哇 泡 队列中，由TCP／lP协 议层对数据包进行相应的处理。 ◆ 从内核空间返回到用户 空间 ，应用 程序接 收数据包 。 6．驱动程序的编写 用户进程利用 系统调用对 设备 文 件进 行 诸 如 read和 write等 函数操作 ，它是通过设 备文件的主设备号找到相应的 驱动程序 ，然后读取函数的相 应指针 ，接着 把相应的控制权 交给功能函数 。下面介绍该网 卡驱动程序 中的主要函数 ： ◆Static int cs8gxO probe (struct net_device dev。int ioaddr) 在初始化部分设定 了网卡 C$8900芯片挂接的地址 io= OxfeO00300，通过这个函数对 网络设备进行扫描来确定是否 图2网络数据包传输流程图 82 拜放系缝l”-I捍 2o06．O8 是网卡。 ◆ static int net oPen (struct net device dev) 内核根据 主设备号来调 用 open函数分解 出设备文件的次 设备号，提供驱动程序初始化 的能力 ，为 以后的读写操作做 准备 ，同时还递增设备 的使用 计数 ，防止设备文件在 关闭前 模 块就被卸载出内核 。 ◆ static void net timer (unsigned long data)和 static void net _ timeout(struct net _ device dev) 如果系统 就需要驱动程序 等待 ，通过调用 net_timer0来做 一 个小的延迟，等到系统空闲以 后 ，再调用 函数 net_timeout0唤 醒驱动程序的进程 。 ◆ i⋯ t—m o d u l e()与 cleanup _ module() 前—个 函数用于模块 的加载 与 卸 载 ， 在 运 行 加 载 模 块 i n g m o d 命 令 后 系 统 调 用 iniU11oduleO函数完成驱动模块 的初 始化 工作 ；C l e a n u P— module()函数在运行卸载模块 rmmod命令后 由系统调用 ，完成 驱动模块的卸载时的清除工作 。 ◆ s t a t i c s t r u c t net _ device _ stats net _ get _ stats (struct net—device dev) 此 函数用于得 知网卡的当 前状态 ，是打开状态还 是关闭。 ◆ static void net rx(struct net _ device dev) 该 函数 完成从数据缓冲区 中取得数据 ，完成数据的拷贝 。 ◆ s t a t i c i n t 维普资讯 http://www.cqvip.com net _ send packet(struct sk_buff skb，struct net device dev) 该函数将 把存放在 socket 缓冲区中的数据发送到物理设 备 ，该 缓 冲 区是 由数 据 结 构 sk _ buff来表示 的。 ◆ static void net interrupt (int irq，void dev_id，struct pt ． _ regs regs) 该函数完成从物理设备 接 收数据 。由于 数据包 的接 收是 一 个被动 的过程 ，所 以通 过中 断机制来完成 。当有数据 到达 时 ，硬件就 会产生 中断信 号 ， 由于此时 已经向系统注册好 中 断处理函数 ，内核就 会切 断当 前进程 的执行 ，转 向相 应的中 断处理程 序 ，中断 处理程 序 代 码如下 ：一 neLinterrupt()，．即数据包接收 程序来处理数据包的接收 ， ioaddI=dev一>base ． _ addr }．取 得网-ff的地址“ Ip=：《struct neLtocal*)dev->priv； lf(t(_reg_PORTB_ISR & Ox0OOO40OO)) 判断是否发生中断 ， return CleaLG P10 C 1 7 interrupt(~ ，．清除以前的中断 ．， while((status=readword(dev。 ISQ PORT)))，“取得中断， Iif(net_debug’4) printk ％s：event=％04x~n"， deN name．status)； S W i t C h C搴t a t u S & ISQ _ EVENT _ MASK) l_ll根据中断类 型进行相应的处理 ．， t 。 C 零 a e ISQ _ RECEIVER EVENT： 接收 一 个数琚包“ 。 net _ _~dev)； break1 case IS。_力RANSMITTE足 EVENT：， 传输事件，放到等待队列 中 ’| Ip,>stats．tx packets++； ne wa _queue(dev) ，．唤 强等待队 ’ ， break； case ISQ _ BUFFER — EVEiNT： ， ’对数撬进行强砖 理’}I if fStatUS & READY-FOR_TX) netif ． _ wake _ _queue(dev)；／*缓冲 区空闲，将其唤醒放人其中 ， C a 8 e IsQ-RX_MISS_EVE NT ： 对丢事 件的处理 ， ⋯ ) 将驱动程序编译进内核 通 过前 述 的 i nsmod和 rmmodfi~p,令来动态的加载和卸 载该驱动程序模 块 ，应监视调 试方法对程序进行调试 ，即使 用 Printk函数来完成相应 的工 作。程序正是调 试成功后 ，我 们将其编译进 内核 ，使其成为 内核 的一部分。具体修 改驱动 源代码如下 ： ◆将 “#define_KERNEL_、 #define MoDULE、 #include 、 #include 目录

工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录