一、网络设备驱动

1. 概念

网络设备是Linux的第三类标准设备，没有对应的设备文件，使用内部设备名访问。网络设备及其驱动属于整个TCP/IP协议层的一部分，实现遵循TCP/IP协议栈的要求。
网络设备异步接收外部的数据包，主动请求将硬件收到的数据包交给内核。

2. 网络设备驱动框架

3.套接字缓冲区

sk_buff中重要的字段:

1.各层协议头传输层,网络层,链路层各个协议头
2.数据缓冲区指针head,end,data,tail指向缓冲区的不同位置
3.长度信息有效数据长度

使用sk_buff处理数据包在协议层之间的传递，只需要移动其中的指针，效率比内存拷贝高。

4. sk_buff的操作接口

(1）分配struct sk_buff*dev_alloc_skb(unsigned int len);//分配成功之后，因为还没有存放具体的网络数据包，所以sk_buff的data、tail指针都指向存储空间的起始地址head，而len的大小则为0。(2）释放
void dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb);
//用于释放被alloc_skb()函数分配的套接字缓冲区和数据缓冲区(3）指针移动//Linux套接字缓冲区中的数据缓冲区指针移动操作包括put（放置）、push(推)、pull（拉)、reserve(保留）等。//put操作
//将tail指针下移，增加sk_buff的len值，并返回skb->tail原先的值。
unsigned char/skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len);//push操作
//将data指针上移，因此也要增加sk_buff的len值。
unsigned char*skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len);//pull操作
//将data指针下移，并减小skb的len值。
unsigned char* skb _pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len);//reserve操作
//同时将skb-二data与skb->tail增加len字节数
void skb_reserve(struct sk_buff *skb, unsigned int len);//获取skb->data与skb->head之间空闲空间的大小 static inline unsigned int skb_headroom(const struct sk_buff*skb)//获取skb->tail与skb->end之间空闲空间的大小
⑥static inline int skb_tailroom(const struct sk_buff *skb)

5.net_device结构

net_device在内核中代表一个网络设备，网络设备驱动的实现实际上就是分配填充net device结构并注册到内核的过程，实现上层协议和网络硬件设备之间的数据传递。

net_device是一个巨大的结构体，主要包含网络设备的属性描述和操作接口。实现网络设备驱动只需要了解其中相关的部分即可。

(1)成员组成

 1.全局成员2.硬件相关成员3.接口相关成员4.设备方法成员5.公用成员

1)全局成员

1 char name[ IFNAMSIZ]; //网络设备名
2 int (*init)(struct net_device *dev) ;//net_device初始化函数

2)硬件成员

1 unsigned long mem_end;          /*设备使用共享内存结束地址*/
2 unsigned long mem_start;        /*设备使用共享内存起始地址*/
3 unsigned long base_addr;        /*设备Io基地址*/
4 unsigned int irq;               /*设备使用的中断号*/
5 unsigned char if_port;          /*多端口设备的端口号*/
6 unsigned char dma;              /*DMA通道*/

3)接口相关成员

1 unsigned int mtu;               /*MTU值*/
2 unsigned short type;            /*网络硬件接口类型*/
3 unsigned short hard_header_len; /*网络硬件设备头长度*/
4 unsigned char *dev_addr ;       /*MAc地址*/
5 unsigned int flags;             /*网络接口标志*/

4)设备方法成员

const struct net_device_ops *netdev_ops;//操作函数集合int (*ndo_open)(struct net_device *dev);//打开接口
int (*ndo_stop) ( struct net_device *dev);//停止接口
//初始化数据包的传输，将完整的数据包放入sk_buff中
netdev_tx_t (*ndo_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
//数据包发送超时调用的函数,通常是重新发送
void (*ndo_tx_timeout) ( struct net_device *dev);

(2) net_device的注册和注销

int register_netdev(struct net_device *dev);//注册2
void unregister _netdev(struct net_device *dev);//注销

(3)网络设备打开和关闭需要进行的操作

int xxx_open( struct net_device *dev)
{//申请设备资源 ----- IO内存中断DMA.. .//激活设备发送队列void netif_start_queue( struct net_device *dev ) ;
}
int xxx_release( struct net_device *dev)
{//释放设备资源 ----- Io内存中断 DMA. . .//停止设备传输数据包void netif_stop_queue( struct net_device *dev ) ;
}

(4)网络设备发送和超时处理进行的操作

int xxx_tx ( struct sk_buff *skb,struct det_device *dev)
{//从sk_buff中获取有效数据// ...//记录发送时间dev->trans_siart = jiffies;//通过设置网卡硬件的寄存器发送数据包//xxx_hw_tx( data,len, dev);
}
void xxx_tx_timeout( struct det_device *dev)
{// ...//重新发送void netif_wake_queue( struct net_device *dev) ;
}

(5)网络设备数据接收进行的操作

//网卡接收中断函数
void xxx_interrupt(int irq,void *dev_id , struct pt_regs *regs )
{//接收中断//分配sk_buf结构//...//从网卡硬件结束数据// ...//获取上层协议类型skb- >protocol = eth_type_trans(skb, dev);//将数据包交给上层协议层netif_rx( skb);//记录时间戳dev- >last_rx =jiffies;
}

二、编写虚拟网卡驱动

1.先写个模块

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>static int __init virnet_init(void)
{return 0;
}
static void __exit virnet_exit(void)
{}
module_init(virnet_init);
module_exit(virnet_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.写个Makefile编译一下

ifeq ($(arch),arm)
KERNELDIR :=/home/linux/linux-5.10.61
CROSS_COMPILE ?=arm-linux-gnueabihf-
else
KERNELDIR :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
CROSS_COMPILE ?=
endif modname ?=
PWD :=$(shell pwd)CC :=$(CROSS_COMPILE)gccall:make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules# $(CC) test.c -o test
clean:make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean# rm testinstall:cp *.ko ~/nfs/rootfs/# cp test ~/nfs/rootfs/help:echo "make arch = arm or x86 modname= dirvers file name"obj-m:=$(modname).o

3.再搭个网卡设备驱动框架

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/etherdevice.h>//网络设备结构体指针
struct net_device *virnet_card = NULL;
int virnet_card_init(struct net_device *dev)
{//以太网卡的初始化ether_setup(dev);//设置网卡名strcpy(dev->name,"virnetdevice");printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);return 0;
}
int virnet_card_open(struct net_device *dev)
{printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);return 0;
}netdev_tx_t virnet_card_xmit(struct sk_buff *skb,struct net_device *dev)
{printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);return 0;
}
//操作函数集合
struct net_device_ops vir_netdev_ops = {.ndo_init = virnet_card_init,.ndo_open = virnet_card_open,.ndo_start_xmit = virnet_card_xmit,
};//加载函数
static int __init virnet_init(void)
{//申请net_device空间virnet_card = alloc_etherdev(0);//设置net_devicede 操作函数集合virnet_card->netdev_ops = &vir_netdev_ops;//注册net_deviceregister_netdev(virnet_card);return 0;
}
//卸载函数
static void __exit virnet_exit(void)
{//注销 net_deviecunregister_netdev(virnet_card);//释放net_device空间free_netdev(virnet_card);
}
module_init(virnet_init);
module_exit(virnet_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

3. 编译一下

下载到开发板上

可以看到有新的网卡设备产生

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