Linux網路驅動程式編寫(三)(轉)

Linux網路驅動程式編寫(三)(轉)[@more@]

　　2.4 常用的系統支援

　　2.4.1 記憶體申請和釋放

　　include/linux/kernel.h裡宣告瞭kmalloc()和kfree()。用於在核心模式下申請和釋放記憶體。

　　void *kmalloc(unsigned int len,int priority);

　　void kfree(void *__ptr);

　　與使用者模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方。可以申請的最大長度也有限制。另外kmalloc()有priority引數，通常使用時可以為GFP_KERNEL，如果在中斷裡呼叫用GFP_ATOMIC引數，因為使用GFP_KERNEL則呼叫者可能進入sleep狀態，在處理中斷時是不允許的。

　　kfree()釋放的記憶體必須是kmalloc()申請的。如果知道記憶體的大小，也可以用kfree_s()釋放。

　　2.4.2 request_irq()、free_irq()

　　這是驅動程式申請中斷和釋放中斷的呼叫。在include/linux/sched.h裡宣告。request_irq()呼叫的定義：

　　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);

　　irq是要申請的硬體中斷號。在Intel平臺，範圍0--15。handler是向系統登記的中斷處理函式。這是一個回撥函式，中斷髮生時，系統呼叫這個函式，傳入的引數包括硬體中斷號，device id，暫存器值。dev_id就是下面的request_irq時傳遞給系統的引數dev_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，標明中斷處理程式是快速處理程式(設定SA_INTERRUPT)還是慢速處理程式(不設定SA_INTERRUPT)。快速處理程式被呼叫時遮蔽所有中斷。慢速處理程式不遮蔽。還有一個SA_SHIRQ屬性，設定了以後執行多個裝置共享中斷。dev_id在中斷共享時會用到。一般設定為這個裝置的device結構本身或者NULL。中斷處理程式可以用dev_id找到相應的控制這個中斷的裝置，或者用rq2dev_map找到中斷對應的裝置。　 

　　void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);

　　2.4.3 時鐘

　　時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函式，在預定的時間過後，系統時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函式，在預定的時間過後，系統會呼叫這個函式。在include/linux/timer.h裡宣告。

　　　　struct timer_list {

　　　　struct timer_list *next;

　　　　struct timer_list *prev;

　　　　unsigned long expires;

　　　　unsigned long data;

　　　　void (*function)(unsigned long);

　　　　};

　　　　void add_timer(struct timer_list * timer);

　　　　int del_timer(struct timer_list * timer);

　　　　void init_timer(struct timer_list * timer);

　　使用時鐘，先宣告一個timer_list結構，呼叫init_timer對它進行初始化。time_list結構裡expires是標明這個時鐘的週期，單位採用jiffies的單位。jiffies是Linux一個全域性變數，代表時間。它的單位隨硬體平臺的不同而不同。系統裡定義了一個常數HZ，代表每秒種最小時間間隔的數目。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。所以expires/HZ就是以秒為單位的這個時鐘的週期。

　　function就是時間到了以後的回撥函式，它的引數就是timer_list中的data。data這個引數在初始化時鐘的時候賦值，一般賦給它裝置的device結構指標。

　　在預置時間到系統呼叫function，同時系統把這個time_list從定時佇列裡清除。所以如果需要一直使用定時函式，要在function裡再次呼叫add_timer()把這個函式。

　　I/O埠的存取使用：

　　inline unsigned int inb(unsigned short port);

　　inline unsigned int inb_p(unsigned short port);

　　inline void outb(char value, unsigned short port);

　　inline void outb_p(char value, unsigned short port);

　　在include/adm/io.h裡定義。

　　inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在於前者在存取I/O時有等待

　　(pause)一適應慢速的I/O裝置。

　　為了防止存取I/O時發生衝突，Linux提供對埠使用情況的控制。在使用埠之前，可以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把埠標記為正在使用，使用完後再釋放。系統提供以下幾個函式做這些工作。

　　int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);

　　void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)

　　;

　　void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);

　　其中的引數from表示用到的I/O埠的起始地址，extent標明從from開始的埠數目。name為裝置名稱。

　　void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);

　　其中的引數from表示用到的I/O埠的起始地址，extent標明從from開始的埠數目。name為裝置名稱。

　　2.4.5 中斷開啟關閉

　　系統提供給驅動程式開放和關閉響應中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個定義。

　　#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)

　　#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)

　　2.4.6 列印資訊

　　類似普通程式裡的printf()，驅動程式要輸出資訊使用printk()。在include/linux/kernel.h裡宣告。

　　int printk(const char* fmt, ...);

　　其中fmt是格式化字串。...是引數。都是和printf()格式一樣的。

　　2.4.7 註冊驅動程式

　　如果使用模組(module)方式載入驅動程式，需要在模組初始化時把裝置註冊

　　到系統裝置表裡去。不再使用時，把裝置從系統中卸除。定義在drivers/net/net_init.h裡的兩個函式完成這個工作。

　　int register_netdev(struct device *dev);

　　void unregister_netdev(struct device *dev);

　　dev就是要註冊進系統的裝置結構指標。在register_netdev()時，dev就是要註冊進系統的裝置結構指標。在register_netdev()時，dev結構一般填寫前面11項，即到init，後面的暫時可以不用初始化。最重要的是name指標和init方法。name指標空(NULL)或者內容為'或者name[0]為空格(space)，則系統把你的裝置做為乙太網裝置處理。乙太網裝置有統一的命名格式，ethX。對乙太網這麼特別對待大概和Linux的歷史有關。

　　init方法一定要提供，register_netdev()會呼叫這個方法讓你對硬體檢測和設定。

　　register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。

　　2.4.8 sk_buff

　　Linux網路各層之間的資料傳送都是透過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩衝區的方法，是Linux系統網路高效執行的關鍵。每個sk_buff包括一些控制方法和一塊資料緩衝區。控制方法按功能分為兩種型別。一種是控制整個buffer鏈的方法，另一種是控制資料緩衝區的方法。sk_buff組織成雙向連結串列的形式，根據網路應用的特點，對連結串列的操作主要是刪除連結串列頭的元素和新增到連結串列尾。sk_buff的控制方法都很短小以儘量減少系統負荷。(translated from article written by AlanCox)

　　.alloc_skb() 申請一個sk_buff並對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。

　　.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩衝區後，保留16位元組的幀頭空間。主要用在Ethernet驅動程式。

　　.kfree_skb() 釋放一個sk_buff。

　　.skb_clone() 複製一個sk_buff，但不復制資料部分。

　　.skb_copy()完全複製一個sk_buff。

　　.skb_dequeue() 從一個sk_buff連結串列裡取出第一個元素。返回取出的sk_buff

　　.skb_dequeue() 從一個sk_buff連結串列裡取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果連結串列空則返回NULL。這是常用的一個操作。

　　.skb_queue_head() 在一個sk_buff連結串列頭放入一個元素。

　　.skb_queue_tail() 在一個sk_buff連結串列尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網路資料的處理主要是對一個先進先出佇列的管理，skb_queue_tail()和skb_dequeue()完成這個工作。

　　.skb_insert() 在連結串列的某個元素前插入一個元素。

　　.skb_append() 在連結串列的某個元素後插入一個元素。一些協議(如TCP)對沒按順序到達的資料進行重組時用到skb_insert()和skb_append()。

　　.skb_reserve() 在一個申請好的sk_buff的緩衝區裡保留一塊空間。這個空間一般是用做下一層協議的頭空間的。

　　.skb_put() 在一個申請好的sk_buff的緩衝區裡為資料保留一塊空間。在

　　alloc_skb以後，申請到的sk_buff的緩衝區都是處於空(free)狀態，有一個tail指標指向free空間，實際上開始時tail就指向緩衝區頭。skb_reserve()在free空間裡申請協議頭空間，skb_put()申請資料空間。見下面的圖。

　　.skb_push() 把sk_buff緩衝區裡資料空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到Data area。

　　.skb_pull() 把sk_buff緩衝區裡Data area中的空間移一部分到Head room中。

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　　　　　 |　　　　　　Tail room(free)　　　　　　　　　　　 |

　　　　　　--------------------------------------------------

　　　　　　--------------------------------------------------

　　　　　　　　　　　 After alloc_skb()

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　　　　　 | Head room |　　　　Tail room(free)　　　　　　　 |

　　　　　　--------------------------------------------------

　　　　　　　　　　　 After skb_reserve()

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　　　　　 | Head room |　　 Data area　　 | Tail room(free)　|

　　　　　　--------------------------------------------------

　　　　　　　　　　　 After skb_put()

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　　　　　 |Head| skb_ |　 Data　　　　　　| Tail room(free)　|

　　　　　 |room| push |　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　|

　　　　　 |　　|　　　 Data area　　　　　|　　　　　　　　　|

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　　　　　　　　　　　 After skb_push()

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　　　　　 |　 Head　　| skb_ |　Data area | Tail room(free)　|

　　　　　 |　　　　　 | pull |　　　　　　|　　　　　　　　　|

　　　　　 |　　　　　 | pull |　　　　　　|　　　　　　　　　|

　　　　　 |　　Head room　　 |　　　　　　|　　　　　　　　　|

　　　　　　--------------------------------------------------

　　　　　　　　　　　 After skb_pull()