Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序編寫(四)

三.編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中需要注意的問題

3.1 中斷共享

Linux系統(tǒng)運(yùn)行幾個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)中斷。需要共享的話，在申請(qǐng)的時(shí)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(shè)置SA_SHIRQ屬性，這樣就允許別的設(shè)備申請(qǐng)同一個(gè)中斷。需要注意所有用到這個(gè)中斷的設(shè)備在調(diào)用request_irq()都必須設(shè)置這個(gè)屬性。系統(tǒng)在回調(diào)每個(gè)中斷處理程序時(shí)，可以用dev_id這個(gè)參數(shù)找到相應(yīng)的設(shè)備。系統(tǒng)在回調(diào)每個(gè)中斷處理程序時(shí)，可以用dev_id這個(gè)參數(shù)找到相應(yīng)的設(shè)備。一般dev_id就設(shè)為device結(jié)構(gòu)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(gè)中斷處理程序。

3.2 硬件發(fā)送忙時(shí)的處理

主CPU的處理能力一般比網(wǎng)絡(luò)發(fā)送要快，所以經(jīng)常會(huì)遇到系統(tǒng)有數(shù)據(jù)要發(fā)，但上一包數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還沒發(fā)送完。因?yàn)樵贚inux里網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(gè)機(jī)制在硬件不忙時(shí)及時(shí)通知系統(tǒng)接著發(fā)送下面的數(shù)據(jù)。

一般對(duì)發(fā)送忙的處理在前面設(shè)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(jié)束中斷里清tbusy，同時(shí)用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送。

但在具體實(shí)現(xiàn)我的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣的處理系統(tǒng)好象并不能及時(shí)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(shí)間才會(huì)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(shí)現(xiàn)是不把tbusy置1，讓系統(tǒng)始終認(rèn)為硬件空閑，但是報(bào)告發(fā)送不成功。系統(tǒng)會(huì)一直嘗試重發(fā)。這樣處理就運(yùn)行正常了。但是遍循內(nèi)核源碼中的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，似乎沒有這樣處理的。不知道癥結(jié)在哪里。

3.3 流量控制(flow control)

網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)的，不需要驅(qū)動(dòng)程序做工作。每個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里都有一個(gè)參數(shù)dev->tx_queue_len，這個(gè)參數(shù)標(biāo)明發(fā)送時(shí)最多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設(shè)備(10/100Mbps)標(biāo)明發(fā)送時(shí)最多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設(shè)備(10/100Mbps)tx_queue_len一般設(shè)置為100，串行線路(異步串口)為10。實(shí)際上如果看源碼可以知道，設(shè)置了dev->tx_queue_len并不是為緩存這些數(shù)據(jù)申請(qǐng)了空間。這個(gè)參數(shù)只是在收到協(xié)議層的數(shù)據(jù)包時(shí)判斷發(fā)送隊(duì)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(jìn)發(fā)送隊(duì)列。發(fā)送時(shí)另一個(gè)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(dá)到了窗口大小，高層協(xié)議就不會(huì)再發(fā)送數(shù)據(jù)。

接收流控也分兩個(gè)層次。netif_rx()緩存的數(shù)據(jù)包有限制。另外高層協(xié)議也會(huì)有一個(gè)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(qū)動(dòng)程序都是編譯進(jìn)內(nèi)核的，形成一個(gè)大的內(nèi)核文件。但對(duì)調(diào)試來說，這是相當(dāng)麻煩的。調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序可以用module方式加載。支持模塊方式的驅(qū)動(dòng)程序必須提供兩個(gè)函數(shù)：int init_module(void)和void cleanup_module(void)。init_module()在加載此模塊時(shí)調(diào)用，在這個(gè)函數(shù)里可以register_netdev()注冊(cè)設(shè)備。init_module()返回0表示成功，返回負(fù)表示失敗。cleanup_module()在驅(qū)動(dòng)程序被卸載時(shí)調(diào)用，清除占用的資源，調(diào)用unregister_netdev()。

模塊可以動(dòng)態(tài)地加載、卸載。在2.0.xx版本里，還有kerneld自動(dòng)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(qū)動(dòng)程序用gcc，主要命令行參數(shù)-DKERNEL -DMODULE。并且作為模塊加載的驅(qū)動(dòng)程序，只編譯成obj形式(加-c參數(shù))。編譯好的目標(biāo)文放/lib/modules/2.x.xx/misc下，在啟動(dòng)文件里用insmod加載。

四.進(jìn)一步的閱讀

Linux程序設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)程序時(shí)參閱的主要資料包括：
Linux內(nèi)核源代碼
《The Linux Kernel Hacker’s Guide》by Michael K. Johnson
《Linux Kernel Module Programming Guide》by Ori Pomerantz
《Linux下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程》by olly in BBS水木清華站
可以選擇一個(gè)模板作為開始，內(nèi)核源代碼里有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的模板，drivers/net/skeleton.c。里面包含了驅(qū)動(dòng)程序的基本內(nèi)容。但這個(gè)模板是以以太網(wǎng)設(shè)備為對(duì)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(shè)備，有些細(xì)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(yàn)之談大概是最有效的幫助了。