嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)原理
隨著人們對(duì)開(kāi)放源代碼軟件熱情的日益增高,Linux作為一個(gè)功能強(qiáng)大而穩(wěn)定的開(kāi)源操作系統(tǒng),越來(lái)越受到成千上萬(wàn)的計(jì)算機(jī)專家和愛(ài)好者的青睞。在嵌入式領(lǐng)域,通過(guò)對(duì)Linux進(jìn)行小型化裁剪后,使其能夠固化在容量只有幾十兆字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中,成為應(yīng)用于特定場(chǎng)合的嵌入式Linux系統(tǒng)。Linux強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括TCP/IP在內(nèi)的多種協(xié)議的支持,滿足了面向21世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)的需求。因此,在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試時(shí),網(wǎng)絡(luò)接口幾乎成為不可或缺的模塊。
1 嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序介紹
Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序作為L(zhǎng)inux網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的一部分,位于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層,主要實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議棧與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD Unix的套接字(socket)機(jī)制,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與字符設(shè)備和塊設(shè)備不同,沒(méi)有對(duì)應(yīng)地映射到文件系統(tǒng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
通常,Linux驅(qū)動(dòng)程序有兩種加載方式:一種是靜態(tài)地編譯進(jìn)內(nèi)核,內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載;另一種是編寫(xiě)為內(nèi)核模塊,使用insmod命令將模塊動(dòng)態(tài)加載到正在運(yùn)行的內(nèi)核,不需要時(shí)可用rmmod命令將模塊卸載。Linux 2.6內(nèi)核引入了kbuild機(jī)制,將外部?jī)?nèi)核模塊的編譯同內(nèi)核源碼樹(shù)的編譯統(tǒng)一起來(lái),大大簡(jiǎn)化了特定的參數(shù)和宏的設(shè)置。這樣將編寫(xiě)好的驅(qū)動(dòng)模塊加入內(nèi)核源碼樹(shù),只需要修改相應(yīng)目錄的Kconfig文件,把新的驅(qū)動(dòng)加入內(nèi)核的配置菜單,然后需要修改相應(yīng)子目錄中與模塊編譯相關(guān)的Kbuild Makefile,即可使新的驅(qū)動(dòng)在內(nèi)核源碼樹(shù)中被編譯。在嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)時(shí),常常將驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)為內(nèi)核模塊,方便開(kāi)發(fā)調(diào)試。調(diào)試完畢后,就可以將驅(qū)動(dòng)模塊編譯進(jìn)內(nèi)核,并重新編譯出支持特定物理設(shè)備的Linux內(nèi)核。
2 嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理
2.1 Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)
如圖1所示,Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)可劃分為4個(gè)層次。Linux內(nèi)核源代碼中提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口及以上層次的代碼,因此移植特定網(wǎng)絡(luò)硬件的驅(qū)動(dòng)程序的主要工作就是完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層的相應(yīng)代碼,根據(jù)底層具體的硬件特性,定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口struct net_device類型的結(jié)構(gòu)體變量,并實(shí)現(xiàn)其中相應(yīng)的操作函數(shù)及中斷處理程序。
Linux中所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都抽象為一個(gè)統(tǒng)一的接口,即網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口,通過(guò)struct net_device類型的結(jié)構(gòu)體變量表示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在內(nèi)核中的運(yùn)行情況,這里既包括回環(huán)(loopback)設(shè)備,也包括硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口。內(nèi)核通過(guò)以dev_base
2.2 net_device 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
struct net_device結(jié)構(gòu)體是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的核心,其中定義了很多供網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層調(diào)用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)方法,該結(jié)構(gòu)在2.6內(nèi)核源碼樹(shù)
2.2.1全局信息及底層硬件信息
name:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名稱,默認(rèn)是以太網(wǎng);
*next:指向全局鏈表下一個(gè)設(shè)備的指針,驅(qū)動(dòng)程序中不修改;
mem_,rmem_:發(fā)送和接收緩沖區(qū)的起始,結(jié)束位置;
base_addr,irq:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的I/O基地址,中斷號(hào),ifconfig命令可顯示和修改;
hard_header_len:硬件頭的長(zhǎng)度,以太網(wǎng)中值為14;
mtu:最大傳輸單元,以太網(wǎng)中值為1500B;
dev_addr[MAX_ADDR_LEN]:硬件(MAC)地址長(zhǎng)度及設(shè)備硬件地址,以太網(wǎng)地址長(zhǎng)度是48bit,ether_setup會(huì)對(duì)其進(jìn)行正確的設(shè)置;
評(píng)論