i.MX6网卡驱动程序fec.c的分析（AR8035网卡驱动程序的详细分析）之一

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因为做的项目需要用到ethercat主站，而用ethercat主站，标准的网卡网络协议栈性能就无法达到要求，需要根据ethercat官方提供的文档修改网卡驱动程序的网络协议栈。那么在做正式的工作之前呢，我们先来分析i.MX6的网卡驱动程序的整体框架，弄懂后，再去修改。
参考资料：
《Linux network driver development Training lab book》，是一本很好的讲述网卡驱动是如何从无到有的编写过程。下载地址：点击下载

参考文章：点击查看参考的文章

我们的网卡驱动程序的位置位于：drviers/net/fec.c，对应还有一个fec.h作头文件。
（分析内核的驱动程序，必须用source insight阅读代码，或者其他类似的代码阅读工具，方便代码的查找与跳跃，不然很难分析。）

首先是驱动程序的入口：

static int __init
fec_enet_module_init(void)
{printk(KERN_INFO "FEC Ethernet Driver\n");return platform_driver_register(&fec_driver);
}static void __exit
fec_enet_cleanup(void)
{platform_driver_unregister(&fec_driver);
}module_exit(fec_enet_cleanup);
module_init(fec_enet_module_init);MODULE_LICENSE("GPL");

接着是上面的设置从uboot获取网卡地址信息的函数：fec_mac_addr_setup

static int fec_mac_addr_setup(char *mac_addr)
{char *ptr, *p = mac_addr;unsigned long tmp;int i = 0, ret = 0;while (p && (*p) && i < 6) {ptr = strchr(p, ':');if (ptr)*ptr++ = '\0';if (strlen(p)) {ret = strict_strtoul(p, 16, &tmp);if (ret < 0 || tmp > 0xff)break;macaddr[i++] = tmp;}p = ptr;}return 0;
}/* 从uboot传给内核的启动参数中捕获fec_mac（即mac地址）参数，并将该参数传递给fec_mac_addr_setup */
__setup("fec_mac=", fec_mac_addr_setup);

接下来是fec_driver结构体：

static struct platform_driver fec_driver = {.driver = {.name   = DRIVER_NAME,.owner   = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_PM.pm = &fec_pm_ops,
#endif},.id_table = fec_devtype,.probe = fec_probe,.remove    = __devexit_p(fec_drv_remove),
};

这里面都是我们所熟悉的name，owner，probe，idtable等，有一个不熟悉，.pm这个参数，我们看看这是什么？通过source insight查看，发现这个pm所需要的宏，并没有被定义，所以这个参数暂时没有用到，暂时不分析。

那么接下来分析id_table字段，对应的函数为：


static struct platform_device_id fec_devtype[] = {{.name = "enet",.driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,},{.name = "fec",.driver_data = 0,},{.name = "imx28-fec",.driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_SWAP_FRAME |FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,},{ }
};

这里的fec_devtype[]数组主要是用来进行device与driver的匹配。默认的匹配函数内核代码中有（drivers/base）：platform.c中：

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);/* Attempt an OF style match first */if (of_driver_match_device(dev, drv))return 1;/* Then try to match against the id table */if (pdrv->id_table)return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;/* fall-back to driver name match */return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

可以看到匹配的三个选择：
1.如果存在设备树机制，则优先匹配设备树，这种情况下，内核会寻找.driver 中的.of_match_table匹配。
2.使用驱动中的.id_table列表匹配，在id_table数组中寻找与device的名字相匹配的成员。
3.最后单纯地比较device的名字和driver的名字是否相同，是则匹配成功返回。

看完driver与device，接下来先看一下板级信息是在哪里添加的吧。
在arch/arm/mach-mx6/board-mx6q_sabresd.c文件中，可以找到函数mx6_sabresd_board_init：这里面是一些设备的初始化，我们找到了函数：imx6_init_fec(fec_data);这个函数是添加以太网device设备的函数。

而mx6_sabresd_board_init这个函数，在MACHINE_START里中被初始化：

/** initialize __mach_desc_MX6Q_SABRESD data structure.*/
MACHINE_START(MX6Q_SABRESD, "Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board")/* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc. */.boot_params = MX6_PHYS_OFFSET + 0x100,.fixup = fixup_mxc_board,.map_io = mx6_map_io,.init_irq = mx6_init_irq,.init_machine = mx6_sabresd_board_init,.timer = &mx6_sabresd_timer,.reserve = mx6q_sabresd_reserve,
MACHINE_END

下面我们主要分析添加以太网设备的函数：imx6_init_fec(fec_data)，从而扩散到驱动程序的整个架构。这个函数被定义在：arch/arm/mach-mx6/mx6_fec.c中，如下：

void __init imx6_init_fec(struct fec_platform_data fec_data)
{fec_get_mac_addr(fec_data.mac);if (!is_valid_ether_addr(fec_data.mac))random_ether_addr(fec_data.mac);if (cpu_is_mx6sl())imx6sl_add_fec(&fec_data);elseimx6q_add_fec(&fec_data);
}

这里的参数：struct fec_platform_data fec_data，是设备的私有数据，被定义在：include/linux/fec.h中：

struct fec_platform_data {int (*init) (struct phy_device *);int (*power_hibernate) (struct phy_device *);phy_interface_t phy;unsigned char mac[ETH_ALEN];int gpio_irq;
};

而这个参数fec_data已经在board-mx6q_sabresd.c中静态初始化好的如下：

static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {.init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,.phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};

而函数imx6_init_fec最终是执行函数imx6q_add_fec(&fec_data)进行添加设备（arch/arm/mach-mx6/devices-imx6q.h中）：

extern const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst;
#define imx6q_add_fec(pdata)    \imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata)

这里引入了外部的函数：imx6q_fec_data，这个函数定义在arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c中，如下：

#ifdef CONFIG_SOC_IMX6Q
const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst =imx_fec_data_entry_single(MX6Q, "enet");const struct imx_fec_data imx6sl_fec_data __initconst =imx_fec_data_entry_single(MX6DL, "fec");
#endif

我们看到了“enet”“fec”，这是设备的name，找到这里，就找到了设备的name。
而imx_fec_data_entry_single这个函数也是定义在上相同的文件中，如下：

#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid)               \{                              \.iobase = soc ## _FEC_BASE_ADDR,          \.irq = soc ## _INT_FEC,                   \.devid = _devid,                  \}

这个函数的参数soc，后面的两个 ## 号代表把前后两个字符串连接成为一个变量，## 左右的空格会被忽略。那么上面的函数把传进来的参数展开后就等同于下面的代码：

#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid)               \{                              \.iobase = MX6Q_FEC_BASE_ADDR,         \.irq = MX6Q_INT_FEC,                  \.devid = _devid,                  \}

MX6Q_FEC_BASE_ADDR，MX6Q_INT_FEC这两个值被定义在：arch/arm/plat-mxc/include/mach/mx6.h，通过宏展开可以查到这两个值。
下面继续分析函数：imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata)，它定义在：arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c中如下：

struct platform_device *__init imx_add_fec(const struct imx_fec_data *data,const struct fec_platform_data *pdata)
{struct resource res[] = {{.start = data->iobase,.end = data->iobase + SZ_4K - 1,.flags = IORESOURCE_MEM,}, {.start = data->irq,.end = data->irq,.flags = IORESOURCE_IRQ,},};if (!fuse_dev_is_available(MXC_DEV_ENET))return ERR_PTR(-ENODEV);return imx_add_platform_device_dmamask(data->devid, 0,res, ARRAY_SIZE(res),pdata, sizeof(*pdata), DMA_BIT_MASK(32));
}

从上面的函数得知imx_fec_data最终被传送给了resource结构体。然后通过函数：imx_add_platform_device_dmamask将resource和额外的pdata数据添加到device中，最后在driver中再来获取device的这些信息。

以上是device的添加和driver的加载过程，当device与driver匹配之后，就进入驱动的probe入口函数。

static int __devinit
fec_probe(struct platform_device *pdev)
{   。。。。。。（函数太长不全部复制了，下面部分分析复制）
}

probe函数传进来的参数是刚刚分析过的imx_add_fec，也就是将resource和额外的pdata数据传进来。先获得resource资源属性，然后申请内存资源空间。代码如下：

 r = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);if (!r)return -ENXIO;r = request_mem_region(r->start, resource_size(r), pdev->name);if (!r)return -EBUSY;

然后申请net_device结构体，初始化网络设备，传进来driver的私有数据的尺寸，代码如下：

/* Init network device */ndev = alloc_etherdev(sizeof(struct fec_enet_private));if (!ndev) {ret = -ENOMEM;goto failed_alloc_etherdev;}

然后告诉内核我们的设备属于网络设备，由于net_device不属于char和block设备，因此不能用常规的方法来设计驱动。

SET_NETDEV_DEV(ndev, &pdev->dev);

定义如下：

/* Set the sysfs physical device reference for the network logical device* if set prior to registration will cause a symlink during initialization.*/
#define SET_NETDEV_DEV(net, pdev)   ((net)->dev.parent = (pdev))

分配完net_device结构体之后，接下来，需要用下面的函数获取分配所得的私有数据的指针：

fep = netdev_priv(ndev);

然后用ioremap函数将网卡的寄存器的物理地址映射到内核空间，并且给获取得到的私有数据指针赋值。代码如下：

 fep->hwp = ioremap(r->start, resource_size(r));fep->pdev = pdev;if (!fep->hwp) {ret = -ENOMEM;goto failed_ioremap;}

然后下面的代码是用来设置平台driver的数据，以及接收之前在板级文件中设置的platform_data，

 platform_set_drvdata(pdev, ndev);//pdev->dev->p->driver_data = ndevpdata = pdev->dev.platform_data;//接收之前在板级文件下静态添加device的platform_data

接下来是对接收到的数据进行判断解析。这里的pdata->phy用来判断MAC物理层和以太网物理层的的接口的，从之前的fec_data里获取的数据，得知我们的iMX6q用的接口是：PHY_INTERFACE_MODE_RGMII。

 if (pdata)fep->phy_interface = pdata->phy;

接下来是关于中断的相关判断代码如下：

 if (pdata->gpio_irq > 0) {gpio_request(pdata->gpio_irq, "gpio_enet_irq");gpio_direction_input(pdata->gpio_irq);irq = gpio_to_irq(pdata->gpio_irq);ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,IRQF_TRIGGER_RISING,pdev->name, ndev);if (ret)goto failed_irq;} else {/* This device has up to three irqs on some platforms */for (i = 0; i < 3; i++) {irq = platform_get_irq(pdev, i);if (i && irq < 0)break;ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,IRQF_DISABLED, pdev->name, ndev);if (ret) {while (--i >= 0) {irq = platform_get_irq(pdev, i);free_irq(irq, ndev);}goto failed_irq;}}}

由之前在平台层静态设置的fec_data结构中：

static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {.init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,.phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};

这一行：//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,已经被屏蔽掉了，得知上面的代码是执行else分支。
（现在我们来分析一下，如果上面那行代码没有被屏蔽掉，那么我们该如何判断出上面的代码到底要执行哪一个分支呢？
分析：我们这里的MX6_ENET_IRQ的值是6，我们可以知道在添加私有数据之前，有如下代码：

 if (enet_to_gpio_6)// Make sure the IOMUX_OBSRV_MUX1 is set to ENET_IRQ. mxc_iomux_set_specialbits_register(IOMUX_OBSRV_MUX1_OFFSET,OBSRV_MUX1_ENET_IRQ,OBSRV_MUX1_MASK);elsefec_data.gpio_irq = -1;imx6_init_fec(fec_data);

它用来判断是否对fec_data的gpio_irq赋值为-1，而我们的enet_to_gpio_6是一个被定义在arch/arm/mach-mx6/cpu.c中的全局变量，默认值为0，同样在该文件可以找到下面的代码：

static int __init set_enet_irq_to_gpio(char *p)
{enet_to_gpio_6 = true;return 0;
}early_param("enet_gpio_6", set_enet_irq_to_gpio);

early_param用来解析uboot传递给内核的参数，只有当uboot参数中带有enet_gpio_6这个参数时，参会执行set_enet_irq_to_gpio，所以上面的enet_to_gpio_6得值就为默认值0，所以会执行上面的这一行语句：fec_data.gpio_irq = -1;那么pdata->gpio_irq<0，所以刚才的代码就不会执行：if (pdata->gpio_irq > 0)语句，而会执行else分支分支。）

即上面的代码是从platform_device 的resource获取中断号的。由上面的分析，我们知道imx_fec_data_entry_single这个宏，展开后是如下代码：

 #define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid)              \{                              \.iobase = MX6Q_FEC_BASE_ADDR,         \.irq = MX6Q_INT_FEC,                  \.devid = _devid,                  \}

得知我们的中断号是：MX6Q_INT_FEC，它的值为150.对应的中断注册函数为：fec_enet_interrupt（）。

中断的注册分析完了后，接下来是时钟了，linux内核有一组专门的clock api用来处理时钟，简单点来说就只要知道首先clk_get()然后再clk_enable()就可以了，driver remove的时候反之即clk_disable()再clk_put()即可。
代码如下：

 fep->clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_clk");if (IS_ERR(fep->clk)) {ret = PTR_ERR(fep->clk);goto failed_clk;}fep->mdc_clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_mdc_clk");if (IS_ERR(fep->mdc_clk)) {ret = PTR_ERR(fep->mdc_clk);goto failed_clk;}clk_enable(fep->clk);

这里的fec_clk是Ethernet控制器的clock，fec_mdc_clk是MAC层与物理层接口MDIO的Clock。

接下来是MAC层的初始化函数，代码如下：

 ret = fec_enet_init(ndev); （比较重要，后面具体函数再分析）if (ret)goto failed_init;

再接着就是MAC层与物理层接口的初始化函数：

 ret = fec_enet_mii_init(pdev); （比较重要，后面具体函数再分析）if (ret)goto failed_mii_init;

再接着就是对IEEE 1588 时钟同步协议的初始化：

 if (fec_ptp_malloc_priv(&(fep->ptp_priv))) {if (fep->ptp_priv) {fep->ptp_priv->hwp = fep->hwp;ret = fec_ptp_init(fep->ptp_priv, pdev->id);if (ret)printk(KERN_WARNING "IEEE1588: ptp-timer is unavailable\n");elsefep->ptimer_present = 1;} elseprintk(KERN_ERR "IEEE1588: failed to malloc memory\n");}

然后把内核网络层的传输队列关闭（即禁止发送），关闭时钟，等一些列辅助操作：

 /* Carrier starts down, phylib will bring it up */netif_carrier_off(ndev);clk_disable(fep->clk);INIT_DELAYED_WORK(&fep->fixup_trigger_tx, fixup_trigger_tx_func);

最后就是我们再熟悉不过的，将前面分配的net_device结构体注册进内核：

 ret = register_netdev(ndev);if (ret)goto failed_register;

接下来我将详细讲述MAC层，物理层接口以及1588协议支持的代码，从而用ethercat的协议进行网卡协议的修改。放到下一篇文章分析（点击链接查看下一篇文章）

想一起探讨以及获得各种学习资源加我（有我博客中写的代码的原稿）：
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