VxWorks系統(tǒng)下的RTL8139驅(qū)動程序改進(jìn)

引言

RTL8139是臺灣Realtek半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種快速以太網(wǎng)控制器，提供符合PCI2.2標(biāo)準(zhǔn)的接口，兼容IEEE802.3u 100BASE－T規(guī)范，支持IEEE－802.3x全雙工流量控制，支持10Mbit.s－1/100Mbit.s－1全雙工、半雙工自適應(yīng)，價格便宜，性能穩(wěn)定，是PC機(jī)、電信終端產(chǎn)品中應(yīng)用最多的以太網(wǎng)控制器之一。RTL8139在各種操作系統(tǒng)下的驅(qū)動都能從Realtek公司網(wǎng)頁下載，其中包括 VxWorks系統(tǒng)下的驅(qū)動，而且提供C源代碼。但是在嵌入式系統(tǒng)下，針對不同的硬件平臺，往往需要修改該驅(qū)動程序以提高其穩(wěn)定性和效率?；?MPC8241 CPU的硬件平臺，本文提出RTL8139在VxWorks系統(tǒng)下驅(qū)動程序的改進(jìn)措施。

1 硬件平臺簡介

圖1所示為某交換機(jī)終端設(shè)備的部分硬件框圖。 

 
CPU采用Motorola公司的PowerPC系列處理器之一的MPC8241，該芯片除嵌入32位 PowerPC處理器內(nèi)核外，還集成了MPC107橋，提供PCI接口與RTL8139連接，橋上有內(nèi)存控制器，掛16MB SDRAM和4 MBFlash。CPU時鐘是166MHz，SDRAM時鐘是66MHz，PCI時鐘是33MHz，RTL8139工作在10Mbit/s，半雙工方式，通過集線器（HUB）連入Internet，其作用是轉(zhuǎn)發(fā)由話音信號打成的數(shù)據(jù)包，要求1200pps（每秒數(shù)據(jù)包），且CPU占用率不高于50％。

VxWorks支持END（增加型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動）格式的以太網(wǎng)控制器驅(qū)動，提供MUX層作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和以太網(wǎng)控制器驅(qū)動間的接口，MUX規(guī)定了驅(qū)動的接口函數(shù)，RTL8139驅(qū)動程序Rtl8139End.c是完全按照END格式編寫的代碼，提供了所有MUX層規(guī)定的接口函數(shù)，只要寫好RTL8139 PCI配制空間寄存器，在sysRtl8139End.c中傳入PCI空間首地址、中斷向量號和中斷優(yōu)先級參數(shù)，按照END格式驅(qū)動裝載程序，裝載成功后 RTL8139就能順利運(yùn)行。

2 驅(qū)動程序中需要解決的問題

如果數(shù)據(jù)包的收發(fā)速率是均勻的，RTL8139完全可以達(dá)到前文提出的要求，但是Internet上經(jīng)常有突發(fā)的數(shù)據(jù)包，而RTL8139的接收FIFO和發(fā)送FIFO 都只有2Kb，加之RTL8139對收發(fā)數(shù)據(jù)包采取完全拷貝方式，在數(shù)據(jù)包突發(fā)期間，CPU占用率過高，來不及處理過多的數(shù)據(jù)包，從而造成丟包。在 Rtl8139End.c中，驅(qū)動的數(shù)據(jù)包緩沖和協(xié)議棧的內(nèi)存池是完全分開的，數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送都有1次拷貝過程，而高性能以太網(wǎng)控制器一般只在發(fā)送時需要拷貝1次，這樣每收發(fā)一個包，CPU需要多拷貝1次，這是導(dǎo)致RTL8139性能不高的重要原因，但這種包處理方式是由硬件決定的，驅(qū)動程序不能改變。事實(shí)上，在突發(fā)包很多的情況下，以太網(wǎng)控制器丟包是允許的，但突發(fā)時間過后，應(yīng)恢復(fù)正常的收發(fā)包流程。但在前文介紹的硬件平臺上運(yùn)行 Rtl8139End.c，在PC機(jī)上用Sniffer以連續(xù)方式給RTL8139發(fā)數(shù)據(jù)包，測試時間為數(shù)十秒，停止發(fā)包后，在PC機(jī)上用ping命令測試RTL8139能否正常回包，結(jié)果不能ping通，表明RTL8139的收發(fā)包流程因突發(fā)包太多而中斷，且不能恢復(fù)。

分析Rtl8139End.c程序，其發(fā)送數(shù)據(jù)包流程如圖2所示。

 
RTL8139有4個發(fā)送描述符，有各自的發(fā)送狀態(tài)寄存器TSD0～TSD3和發(fā)送起始地址寄存器TSAD0～TSAD3，每個發(fā)送描述符可發(fā)送1個數(shù)據(jù)包。在函數(shù)Rtl8139Send()中申請1個發(fā)送數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)，將協(xié)議棧傳下來的數(shù)據(jù)包拷貝進(jìn)該緩沖區(qū)，然后將該緩沖區(qū)的首地址寫入發(fā)送起始地址寄存器，最后填寫發(fā)送狀態(tài)寄存器，并將其OWN位置0，表示將該緩沖區(qū)交給RTL8139的發(fā)送DMA管理，啟動發(fā)送操作。發(fā)送完成后 RTL8139產(chǎn)生中斷，進(jìn)人中斷服務(wù)程序Rtl8139Int()，調(diào)用Rtl8139HandleSendInt()，在該函數(shù)中讀取發(fā)送狀態(tài)寄存器。如果OWN位為1，則表示發(fā)送DMA操作完成，釋放相應(yīng)的發(fā)送緩沖；否則表示發(fā)送DMA操作未完成，該發(fā)送緩沖仍由RTL8139硬件所有，下次進(jìn)入發(fā)送中斷再重新查看OWN位。如此循環(huán)往復(fù)，直到OWN位變?yōu)?，才能釋放相應(yīng)的發(fā)送緩沖，其占用的發(fā)送描述符變?yōu)榭捎谩?/p>

以上過程可歸結(jié)為兩點(diǎn)：

　　a)在Rtl8139Send()中申請1個數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)，占用1個發(fā)送描述符；

　　b)在Rtl8139Int()中釋放相應(yīng)的數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)和發(fā)送描述符。

從以上分析可以看出，只要發(fā)包的這兩個環(huán)節(jié)不出問題，發(fā)包流程就不會中斷，另外，在Rtl8139HandleSendInt()中，不是僅僅釋放1個包緩沖和描述符，而是將所有啟動過發(fā)包操作、發(fā)送狀態(tài)寄存器的OWN位變?yōu)?的描述符和相應(yīng)包緩沖都釋放掉。這樣可增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性，在有突發(fā)包的情況下，CPU可能來不及響應(yīng)中斷，即造成中斷丟失，但只要還有1個描述符可用，發(fā)包完成后能進(jìn)中斷，就可以把以前占用的緩沖和描述符全部釋放掉。如果突發(fā)包太多，CPU連續(xù)4個發(fā)包中斷未響應(yīng)，發(fā)送描述符全被占用，下次進(jìn)入Rtl8139Send()將無發(fā)送描述符可用，也就不會再有發(fā)包中斷， Rtl8139HandleSendInt()不會被調(diào)用，發(fā)送描述符無法釋放，發(fā)包流程就此中斷，不能恢復(fù)，這就是上述RTL8139不能ping通的原因。

3 解決辦法

根據(jù)以上分析，只有將被占用的發(fā)送描述符和發(fā)送緩沖釋放，發(fā)包流程才能恢復(fù)，這只要調(diào)用一次Rtl8139HandleSendInt()就能實(shí)現(xiàn)。MPC8241片內(nèi)集成有4個定時器 (TimerO～Timer3)，可以使用其中的TimerO來產(chǎn)生硬件定時中斷。在中斷服務(wù)程序中，以Rtl8139HandleSendInt函數(shù)指針作為入口參數(shù)調(diào)用netJobAdd()，這樣就可以定時執(zhí)行Rtl8139HandleSendInt()，及時釋放被占用的發(fā)送描述符。這需要在 Rtl8139Start()中添加如下代碼：

其中：（pDrvCtrl->TxRingFree<0）表示沒有空閑發(fā)送描述符。

修改后的驅(qū)動再用前文介紹的方法測試，Sniffer發(fā)包停止后，RTL8139能恢復(fù)。改用Smartbit測試，以半雙工、10 Mbit/s線速給RTL8139發(fā)包，發(fā)包停止后，RTL8139仍能恢復(fù)。用Smartbit以1 200pps勻速率給RTL8139發(fā)包，包長240字節(jié)。測試結(jié)果為：RTL8139不丟包，CPU占用率45％。

4 結(jié)束語

采用本文介紹的方法改進(jìn)RTL8139驅(qū)動，能有效地增強(qiáng)程序的魯棒性，又不會降低效率，在交換機(jī)終端上長時間運(yùn)行穩(wěn)定，性能完全滿足要求。