网卡驱动（hisi3536网卡驱动，以及stmmac层）

一：基本概念

应用程序最终以套接字的形式完成网络设备的接口。，对网络设备定义四个层次：网络协议接口层（数据包的发送接收，向网络层协议提供统一的数据包收发接口，舍得上层协议独立于具体的设备，（ip，arp等）），网络设备接口层（结构体net_device，用于描述具体的网络设备属性和操作的结构体，规划了具体操作硬件的设备驱动功能层的结构），设备驱动功能层（数据包发送，中断处理（数据包接收），是驱动网络设备成员完成响应的动作的程序），网络设备与媒介（网络物理媒介，完成数据包发送和接收逇物理实体）。

1：网络协议接口层：当Ip或者ARP需要数据包时，将调用网络接口协议层的dev_queue_xmit函数发送该数据包，并指向一个sk_buff数据结构的指针，netif_rx，用来接收一个数据包，sk_buff很重要：用于linux网络子系统中的各层之间的数据传递，（include/linux/skbuff.h）中，当发送数据包时，创建sk_buff，并且递交给下层，，其中对sk_buff的操作函数有分配释放变更等操作。

2：网络设备接口层：抽象的结构体为net_device，指代一个网络设备，（include/linux/netdevice）,主要参数：名称，硬件信息（共享内存的其实和结束信息，网络设备的IO基地址，中断号，多端口设备的端口，dma通道），接口信息，硬件类型，最大传输单元，设置mac地址单元。设备操作函数：打开网络设备（获取IO地址，IRQ，DMA等通道，）启动数据包的发送接收，，发送超时（采用数据包重发，恢复网络设备），得到网络设备信息（ndo_get_stats返回一个net_device_stats网络设备流量信息统计），进行特定的io控制，配置接口，设置设备的mac地址，ethtool调试工具， NAPI轮训接收方式，

3：设备驱动功能：需要被设备驱动赋予具体的数值和函数，对于具体的设备，编写具体的设备驱动功能层函数，网络数据包的接收可有中断引发，负责读取硬件上接收到的数据包并且传送给上层协议，

网络设备的注册和注销：register_netdev，alloc_netdev，

数据包的发送：，将sk_buff的有效数据放入临时缓冲区，检查限定，设置硬件寄存器，驱使网络设备发送。在中断处理中，调用netif_wake_queue唤醒被阻塞的上层，以启动继续向网络设备传输数据包，（重启设备发送队列），数据包接收：中断处理函数接收，netif_rx将sk_buff传递给上层协议。（一般采用中断接收流程）。

4：网络连接状态：netif_carrier_on函数改变设备的连接状态，通常采用定义一个定时器对链路状态进行周期性检测，读取相关的物理设备寄存器。读取相关的统计信息。

5：802.1Q VLAN 技术原理，只要涉及到二层网络技术，就会涉及到vlan，vlan是设计到以太网交换的，主要方针：根据源mac进行进行学习，根据目的mac进行转发，源mac学习：交换机接收到以太网帧头中的源mac地址来建立自己的源mac表，目的mac转发：根据接收到的以太网的帧头中的目的mac和本地mac决定如何转发。只定义了数据帧的封装格式，在以太网头中插入四字节的vlan头，

PRI：帧优先级，就是通常所说的802.1p。
CFI：规范标识位，0为规范格式，用于802.3或EthII。
TAG：就是我们通常说的VLAN ID
Ether-Type：标识紧随其后的数据类型。

引入VLAN概念后，数据帧只在相应的VLAN进行交换。用通俗一点的话来讲，一个交换机被虚拟出了多个逻辑交换机，每一个VLAN内的端口都是一个逻辑上的交换机。用专业一点的话来讲，一个交换机被划分了多个不同的广播域，每一个VLAN内的端口，在同一个广播域内。学习和转发都只在同一个VLAN中进行，数据帧不能跨VLAN交换或转发。一个VLAN可以包含多个端口，而一个端口也可以属于多个VLAN。一个端口在一个VLAN中有不同的属性，TAG的添加和移除原则就是根据这个属性而定的。
TAGED：如果一个端口在一个VLAN中的属性是TAG的，那么，从该端口转发出去的数据帧就是TAGED。（当然，该数据帧是在该VLAN中交换的）
UNTAGED：如果一个端口在一个VLAN中的属性是UNTAG的，那么，从该端口转发出去的数据帧就是UNTAGED。（当然，该数据帧是在该VLAN中交换的）

二：mac和phy的区别

一个网卡包括驱动的两个层：物理层和数据链路层，物理层定义了数据发送接收所需要的信号，数据链路层提供标准的接口，提供寻址机制，数据帧的建构，数据差错检查，向网络层提供标准的接口功能，，数据链路层芯片一般称之为mac控制器，物理层的芯片称之为phy，mac 收到ip数据包后，将之拆包，包里有目标mac，源mac，协议类型，校验码，目标mca是通过ARP协议产生，第一次发送给某个IP地址时，会发送一个ARP包（知道其ip地址），其mac的目标地址是广播地址，因为是广播包，所以局域网都会收到，如果相同会发出ARP响应，以后这个IP地址的目标mac地址就被确认。以太网的mac芯片的一端接计算机pci总线，另一端接phy芯片。phy实现csma/cd的部分功能，检测网络上是否有数据传送，有数据在传送中就等待，一旦检测到网络空闲，在等等一个随机事件后将数据发送出去，，mac通过smi总线不断获取phy的状态，例如连接速度，双工能力等。都是定义为IEEE标准，

实际中CPU集成mac，cpu有两种寄存器用在mac上，一组用作收发，对应dma，一组用作对phy的控制。，对于phy芯片，cpu不能直接访问这组寄存器，只能通过mac上的miim寄存器组实现间接访问。同时phy芯片负责完成mii总线的数据与media接口的数据传输，有寄存器配置完成。

三：hisiv3536平台的网卡驱动程序：

https://blog.csdn.net/heliangbin87/article/details/75997189

分析文件：drivers/net/ethernet/stmmac

https://www.linuxidc.com/Linux/2012-06/62812.htm

用于分析net_dev的解释

1：通过平台注册程序得到有用的调用函数：stmmac_dvr_probe探测函数

stmmac_syscfg_init：获取寄存器配置。

stmmac_base_ioaddr = ioremap_nocache(res->start, res->end - res->start + 1);获取mac 寄存器基地址

ndev = alloc_etherdev(sizeof(struct stmmac_priv));申请网卡设备的私有数据，网开始河北是通用数据，私有数据则为mac控制器的数据结构

ret = stmmac_mac_device_setup(ndev)：选择和初始化mac 驱动。

ret = stmmac_probe(ndev);网络设备注册

ret = stmmac_mdio_register(ndev);mdio总线注册

stmmac_device_list[priv->id] = ndev;将网卡设备赋给设备驱动链表。其他的接口使用这个全局变量。

ret = stmmac_reset();复位dma，gma寄存器

stmmac_dma_operation_mode(priv);设置硬件dma 操作队列

priv->dma_tx_size = STMMAC_ALIGN(dma_txsize);
priv->dma_rx_size = STMMAC_ALIGN(dma_rxsize);
priv->dma_buf_sz = STMMAC_ALIGN(buf_sz);创建和初始化发送接收描述链表。

init_dma_desc_rings(ndev);dma环形配置。

if (unlikely(priv->hw->dma->init(priv->dma_ioaddr,priv->dma_channel, priv->plat->pbl, priv->dma_tx_phy, priv->dma_rx_phy, 0) < 0))dma软件初始化

对这两个参数的解释比较重要：priv->dirty_rx = priv->cur_rx = 0;

priv->dirty_tx = priv->cur_tx = 0;

发送接收通道初始化，已获取上传到网络协议层的数据帧index，协议层会释放skb，dirty已经填充skb到dma队列的index。

ret = request_irq(SYNOP_GMAC_IRQNUM, stmmac_interrupt, IRQF_SHARED, STMMAC_RESOURCE_NAME, pdev);请求中断

writel(~0, stmmac_base_ioaddr + TNK_REG_INTR_EN);使能中断

一些定义的可能比较重要的参数：中断号：55

priv->ioaddr = stmmac_base_ioaddr + (i * 0x4000);：控制寄存器的便宜地址0x4000

priv->dma_ioaddr = stmmac_base_ioaddr;dma和mii映射
priv->mii_ioaddr = stmmac_base_ioaddr;

2：mac控制设置

dwmac1000_setup(priv->ioaddr);选择gmac初始化

mac = kzalloc(sizeof(const struct mac_device_info), GFP_KERNEL);分配内存，
主要是一些寄存器的配置

mac->mac = &dwmac1000_ops;mac操作，其中包括mac配置，校验配置，转存mac地址，处理外部事件中断状态，组播缓冲设置，流控制设置，电源管理，单薄mac地址。
mac->dma = &dwmac1000_dma_ops;dma操作

选择增强型子系统数据结构体描述device->desc = &enh_desc_ops;

3：网络设备注册stmmac_probe(ndev)

网卡操作函数初始化。初始化接口features和发送timeout，初始化NAPI，获取mac，初始化操作锁，初始化网卡设备

dev->netdev_ops = &stmmac_netdev_ops;设备操作

stmmac_set_ethtool_ops(dev);ethtool工具操作，

dev->watchdog_timeo = msecs_to_jiffies(watchdog);发送超时，最终会调用stmmac_tx_timeout这个进程处理超时函数。

netif_napi_add(dev, &priv->napi, stmmac_poll, 64);初始化轮训接收包

priv->hw->mac->get_umac_addr((void __iomem *)dev->base_addr, dev->dev_addr, 0);获取mac地址

register_netdev(dev);注册网络设备。

4：stmmac_netdev_ops网络设备操作函数

static const struct net_device_ops stmmac_netdev_ops = {
   .ndo_open = stmmac_open,
   .ndo_start_xmit = stmmac_xmit,
   .ndo_stop = stmmac_release,
   .ndo_change_mtu = stmmac_change_mtu,
   .ndo_set_rx_mode = stmmac_multicast_list,
   .ndo_tx_timeout = stmmac_tx_timeout,
   .ndo_do_ioctl = stmmac_ioctl,
   .ndo_set_config = stmmac_config,
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
   .ndo_poll_controller = stmmac_poll_controller,
#endif
   .ndo_set_mac_address = stmmac_eth_mac_addr,
};

5：打开网卡设备stmmac_open：

stmmac_init_phy(dev);初始化phy

priv->hw->mac->set_umac_addr(priv->ioaddr, dev->dev_addr, 0);设置mac地址到硬件

priv->hw->mac->core_init(priv->ioaddr);使能mac内核

napi_enable(&priv->napi);
napi_schedule(&priv->napi);napi使能

priv->hw->dma->start_tx(priv->dma_ioaddr, priv->dma_channel);
priv->hw->dma->start_rx(priv->dma_ioaddr, priv->dma_channel);dma收发使能

init_timer(&priv->poll_timer);
   priv->poll_timer.function = stmmac_poll_func;
   priv->poll_timer.data = (unsigned long)dev;
   priv->poll_timer.expires = jiffies + STMMAC_POLL_TIMER;
   add_timer(&priv->poll_timer);启动相关定时器

stmmac_enable_mac(priv->ioaddr);使能mac 发送接收

netif_start_queue(dev);使能队列

6：phy连接

stmmac_init_phy：

phydev = phy_connect(dev, phy_id, &stmmac_adjust_link,priv->phy_interface);以太网连接到phy设备，根据实际的phy情况，调整连接参数，全半双工模式，速度，mii，gmii

在mdio总线PHY device找到指定的设备，设备转换为phy设备，，连接以太网device到指定的phy设备，启动phy。

7：中断处理函数：stmmac_interrupt

int_status = readl(stmmac_base_ioaddr + TNK_REG_INTR_STAT);读取中断寄存器

stmmac_mac_irq：最终调用status = priv->hw->dma->dma_interrupt(priv->dma_ioaddr, priv->dma_channel,
&priv->xstats);读取dma中断状态，如果是正确的发送接收，则进行NAPI调度，

8：NAPI接口stmmac_pool,一个是数据发送完成产生中断，进入该函数回收资源

netif_napi_add(dev, &priv->napi, stmmac_poll, 64);

stmmac_tx(priv);：回收已经发送完成的资源

work_done = stmmac_rx(priv, budget);接收数据包

9：stmmac_rx(priv, budget);数据包的接收

GMAC根据寄存器的配置，获取可用的接收描述，然后从RxFIFO中读取phy接收的ETHERNET保温，如果保温复合条件，将该保温写入数据缓冲区

next_entry = (++priv->cur_rx) % rxsize;
p_next = priv->dma_rx + next_entry;获取下一帧。

status = (priv->hw->desc->rx_status(&priv->dev->stats,
&priv->xstats, p));获取收到帧状态

frame_len = priv->hw->desc->get_rx_frame_len(p);获取帧长度
skb = priv->rx_skbuff[entry];

priv->rx_skbuff[entry] = NULL;获取帧数据

skb_put(skb, frame_len);设置skb 长度
dma_unmap_single(priv->device, priv->rx_skbuff_dma[entry], priv->dma_buf_sz, DMA_FROM_DEVICE);接触流式dma映射。

napi_gro_receive(&priv->napi, skb);将skb通过NAPI接口上传到上层网络协议处理

stmmac_rx_refill(priv);重新填充接收队列

10：.ndo_start_xmit = stmmac_xmit,发送函数

entry = priv->cur_tx % txsize;

desc = priv->dma_tx + entry;获取可发送的描述数据

priv->tx_skbuff[entry] = skb;
priv->tx_page[entry] = NULL;将skb放到发送队列中去。

unsigned int nopaged_len = skb_headlen(skb);

desc->des2 = dma_map_single(priv->device, skb->data, nopaged_len, DMA_TO_DEVICE);
priv->hw->desc->prepare_tx_desc(desc, 1, nopaged_len, csum_insertion);

当只有一个片段是。skb->data将发送所有的数据，当有多个数据片段，skb->data将指向第一个数据片段，其他数据放在共享数据结构frag中

然后发送剩余数据片段

priv->hw->desc->set_tx_owner(first);
priv->cur_tx += count;降低一个数据片段交给GMAC，记录当前发送index。

priv->hw->dma->enable_dma_transmission(priv->dma_ioaddr,
priv->dma_channel);激活txdma

11：init_dma_desc_rings：初始化dma：（rx：256，tx：256，size：64k）

接收用于分配接收的配置结构体：priv->rx_skbuff_dma = kzalloc(rxsize * sizeof(dma_addr_t), GFP_KERNEL);申请skbbuf对应的dma地址

priv->rx_skbuff = kzalloc(sizeof(struct sk_buff *) * rxsize, GFP_KERNEL);分配对应的skbuf结构体

priv->dma_rx =(struct dma_desc *)dma_alloc_coherent(priv->device,rxsize *sizeof(struct dma_desc), &priv->dma_rx_phy,
GFP_KERNEL);建立一致性映射：用于分配dma源struct dma_desc，将dma源的结构体映射到连续地址位

发送用于分配发送的配置结构体：priv->tx_skbuff = kzalloc(sizeof(struct sk_buff *) * txsize,GFP_KERNEL);
   priv->tx_page = kzalloc(sizeof(struct page *) * txsize, GFP_KERNEL);
   priv->dma_tx = (struct dma_desc *)dma_alloc_coherent(priv->device, txsize * sizeof(struct dma_desc), &priv->dma_tx_phy,
                          GFP_KERNEL);

for (i = 0; i < rxsize; i++) { //对所有的接收源进行映射，对于接收，首先将全部的dma与skb建立起来映射
struct dma_desc *p = priv->dma_rx + i;

skb = netdev_alloc_skb_ip_align(dev, bfsize); //分配skb
       if (unlikely(skb == NULL)) {
           pr_err("%s: Rx init fails; skb is NULL\n", __func__);
           return -ENOMEM;
       }
       priv->rx_skbuff[i] = skb;

//流式映射对应的skb到dma地址上
       priv->rx_skbuff_dma[i] = dma_map_single(priv->device, skb->data,bfsize, DMA_FROM_DEVICE);
       p->des2 = priv->rx_skbuff_dma[i]; //将dma的物理地址赋给dma的操作结构体，该结构体用来配置返回dma的操作状态
       DBG(probe, INFO, "[%p]\t[%p]\t[%x]\n", priv->rx_skbuff[i],
            priv->rx_skbuff[i]->data, priv->rx_skbuff_dma[i]);
   }

priv->cur_rx = 0;当前接收到的数据包块
priv->dirty_rx = (unsigned int)(i - rxsize); 当前已经填充的skb数据块参数。

对于发送只有在发送的过程中建立起来映射

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