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关于Linux下网卡的一些技术信息

2008-02-23 07:20:21来源：互联网阅读 ()

对于那些想了解更多有关网卡如何工作、或如何使用现有驱动程序，以及试图为目前不支持的网卡编写自己的驱动程序的人来说，这些信息应该会有用。如果你没有这种想法，那么最好跳过这一节。

1 可编程I/O、共享内存与DMA

如果已经可以发送接收背靠背数据包，就无法把更多的数据放到网络上。每一个现代的以太网卡都可以接收背靠背数据包。Linux的DP8390驱动程序（wd80x3、SMC-Ultra、3c503、ne2000，等等）基本上都可以发送背靠背数据包（依赖于当前的中断延迟），3c509和AT1500的硬件在自动发送背靠背数据包上没有一点问题。

ISA总线可以达到5.3MB/sec (42Mb/sec)，对10Mbps以太网而言已经足够了。对于100Mbps网卡，显然需要更快的总线来充分利用网络带宽。

可编程I/O（如NE2000、3c509）

优点：没有使用任何受限制的系统资源，只用了若干I/O寄存器，而且没有16M的限制。

缺点：一般传输速率较慢，CPU需要等待，几乎不可能访问交叉的数据包。

共享内存（如WD80x3、SMC-Ultra、3c503）

优点：简单，比可编程I/O速度快，允许随机访问数据包。在可能的情况下，Linux驱动程序在从网卡复制出接收的IP数据包时计算其校验和，从而比相应的PIO网卡进一步减少了对CPU的占用。

缺点：使用高端内存空间（对DOS用户来说是个大问题，在Linux下没有问题），依然要占用CPU。

从属（普通）的直接内存存取（Linux下没有这种情况！）

优点：在实际数据传递过程中不占用CPU。

缺点：检查边界条件、分配相邻的缓存和DMA寄存器编程使该方法成为最慢的技术。它还占用了一个珍贵的DMA通道，并要求对齐的低端内存缓存。

总线控制的直接内存存取（如LANCE、DEC 21040）

优点：在数据传输过程中不占用CPU，可以把缓存串起来，CPU时间很少或不花费在ISA总线上。大多数总线控制的Linux驱动程序现在使用一种“copybreak”方案，较大的数据包直接从网卡放进内核的网络缓存，小的数据包被CPU复制到cache里进行下一步的处理。

缺点：（只适用于ISA总线的网卡）网卡要求低端内存缓存和一个DMA通道。任何总线控制器在与其它强占总线的总线控制器，如某些古老的SCSI适配器，一起工作时都会出问题。有几个设计低劣的主板芯片组在与总线控制器一起使用时也有麻烦。不使用任何类型的DMA设备的一个原因是使用了设计为代替386的486处理器插件：这些处理器在每个DMA周期都必须刷新cache。（这其中包括Cx486DLC、Ti486DLC、Cx486SLC、Ti486SLC，等等。）

2 编写驱动程序

在Linux下使用以太网卡所必需的只不过是相应的驱动程序。因此，关键是制造商要向公众公开编程的技术资料，而无需你（或其他什么人）签署什么协议。关于获取资料的可能性（也许你不编写代码，那么就是其他人编写你确实需要的驱动程序的可能性），一个较好的指南是Crynwr (nee Clarkson)的包驱动程序的可用性。Russ Nelson在干这些事，对开发Linux驱动程序很有帮助。网上冲浪者可以试着看一下Russ的软件。

Russ Nelson's Packet Drivers

有了资料，就可以为网卡编写驱动程序并在Linux下使用（至少从理论上来说是这样）。记住，有些为XT一类机器设计的老式硬件在Linux这样的多任务环境下工作得不是很好。如果网络流量较大，使用这些网卡会带来大麻烦。

大多数网卡都带有如NDIS和ODI一类的MS-DOS接口的驱动程序，但对Linux没有用。许多人建议直接链接它们或自动翻译一下，但这几乎是不可能的。MS-DOS驱动程序需要在16比特模式，并依赖于“软件中断”，这二者与Linux内核不兼容。这种不兼容实际上是Linux的一个特性，有些Linux驱动程序比其相应的MS-DOS驱动程序要好得多。比如“8390”系列驱动程序使用乒乓传送缓存，该方法刚刚被引进MS-DOS。

（乒乓传送缓存意味着为传送数据包使用至少两个最大大小的包缓存。在网卡发送其中的一个时，载入另一个。在第一个包被发出去后，立刻发送第二个包，依次类推。这样，大多数网卡就可以连续向线路上发送背靠背数据包。）

好啦。你可以决定为Foobar Ethernet网卡编写驱动程序了，因为你有编程资料，而且还没人写这个驱动程序。（......这是两个主要的需求）你可以从Linux内核源码树中提供的网络驱动程序框架开始。在所有近期的内核里都能找到这个文件/usr/src/linux/drivers/net/skeleton.c。也可以看看如下URL的Kernel Hackers Guide：KHG

3 内核的驱动程序接口

下面对编写一个新驱动程序所必需的函数进行了若干说明。和上面提到的驱动程序框架一起阅读可以更清楚一些。

探测

在启动时调用以检查网卡存在与否。如果可以通过读取内存等非强制手段进行检查最好。也可以从I/O端口读取。在探测开始向I/O端口写不好，因为这样可能会损害另一个设备。通常在这里还进行一些设备初始化（分配I/O空间、IRQ、填充dev->???域等等）。必须了解网卡可以配置到哪些I/O端口/内存、如何启用共享内存（如果用了的话）以及如何选择/启用中断产生，等等。

中断处理程序

在网卡发出一个中断时内核调用的程序。他需要确定网卡发出中断的原因并进行相应的操作。一般的中断条件是接收到数据、发送完成、报告出错状况。需要了解相关的中断状态位以进行相应的操作。

传送函数

与dev->hard_start_xmit()链接，在内核想通过设备传送数据时调用它。该函数把数据放入网卡并触发传送。需要了解如何把数据打包并传给网卡（共享内存拷贝、PIO传送、DMA？），以及放入网卡正确的位置。然后需要了解如何通知网卡把数据发送到线路上，（可能）在发送完成后发出一个中断。在硬件无法接收更多数据包时需要设置dev->tbusy标志。在网卡有空间可用时，一般这发生在传送完成中断过程中，清除dev->tbusy标志并用mark_bh(INET_BH)通知上一层。

接收函数

在网卡报告有数据时由内核中断处理程序调用。它把数据从网卡上移出，放入一个sk_buff并通过执行netif_rx(sk_buff)告诉内核数据所在位置。需要了解如何在接收数据时启用中断生成，如何检查相关的接收状态位，以及如何从网卡获取数据（通过共享内存拷贝、PIO、DMA，等等）。

打开函数

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