Linux网络驱动程序编写(三)

2.4 常用的系统支持

2.4.1 内存申请和释放

include/linux/kernel.h里声明了kmalloc()和kfree()。用于在内核模式下申请和释放内存。
void *kmalloc(unsigned int len,int priority);
void kfree(void *__ptr);

与用户模式下的malloc()不同，kmalloc()申请空间有大小限制。长度是2的整次方。可以申请的最大长度也有限制。另外kmalloc()有priority参数，通常使用时可以为GFP_KERNEL，如果在中断里调用用GFP_ATOMIC参数，因为使用GFP_KERNEL则调用者可能进入sleep状态，在处理中断时是不允许的。

kfree()释放的内存必须是kmalloc()申请的。如果知道内存的大小，也可以用kfree_s()释放。

2.4.2 request_irq()、free_irq()

这是驱动程序申请中断和释放中断的调用。在include/linux/sched.h里声明。request_irq()调用的定义：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id);

irq是要申请的硬件中断号。在Intel平台，范围0--15。handler是向系统登记的中断处理函数。这是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，传入的参数包括硬件中断号，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq时传递给系统的参数dev_id。irqflags是中断处理的一些属性。比较重要的有SA_INTERRUPT，标明中断处理程序是快速处理程序(设置SA_INTERRUPT)还是慢速处理程序(不设置SA_INTERRUPT)。快速处理程序被调用时屏蔽所有中断。慢速处理程序不屏蔽。还有一个SA_SHIRQ属性，设置了以后运行多个设备共享中断。dev_id在中断共享时会用到。一般设置为这个设备的device结构本身或者NULL。中断处理程序可以用dev_id找到相应的控制这个中断的设备，或者用rq2dev_map找到中断对应的设备。

void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);

2.4.3 时钟

时钟的处理类似中断，也是登记一个时间处理函数，在预定的时间过后，系统时钟的处理类似中断，也是登记一个时间处理函数，在预定的时间过后，系统会调用这个函数。在include/linux/timer.h里声明。

struct timer_list {
struct timer_list *next;
struct timer_list *prev;
unsigned long expires;
unsigned long data;
void (*function)(unsigned long);
};
void add_timer(struct timer_list * timer);
int del_timer(struct timer_list * timer);
void init_timer(struct timer_list * timer);

使用时钟，先声明一个timer_list结构，调用init_timer对它进行初始化。time_list结构里expires是标明这个时钟的周期，单位采用jiffies的单位。jiffies是Linux一个全局变量，代表时间。它的单位随硬件平台的不同而不同。系统里定义了一个常数HZ，代表每秒种最小时间间隔的数目。这样jiffies的单位就是1/HZ。Intel平台jiffies的单位是1/100秒，这就是系统所能分辨的最小时间间隔了。所以expires/HZ就是以秒为单位的这个时钟的周期。

function就是时间到了以后的回调函数，它的参数就是timer_list中的data。data这个参数在初始化时钟的时候赋值，一般赋给它设备的device结构指针。

在预置时间到系统调用function，同时系统把这个time_list从定时队列里清除。所以如果需要一直使用定时函数，要在function里再次调用add_timer()把这个函数。

I/O端口的存取使用：
inline unsigned int inb(unsigned short port);
inline unsigned int inb_p(unsigned short port);
inline void outb(char value, unsigned short port);
inline void outb_p(char value, unsigned short port);
在include/adm/io.h里定义。
inb_p()、outb_p()与inb()、outb_p()的不同在于前者在存取I/O时有等待
(pause)一适应慢速的I/O设备。

为了防止存取I/O时发生冲突，Linux提供对端口使用情况的控制。在使用端口之前，可以检查需要的I/O是否正在被使用，如果没有，则把端口标记为正在使用，使用完后再释放。系统提供以下几个函数做这些工作。

int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);
void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)
;
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的参数from表示用到的I/O端口的起始地址，extent标明从from开始的端口数目。name为设备名称。
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的参数from表示用到的I/O端口的起始地址，extent标明从from开始的端口数目。name为设备名称。

2.4.5 中断打开关闭

系统提供给驱动程序开放和关闭响应中断的能力。是在include/asm/system.h中的两个定义。
#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)
#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)

2.4.6 打印信息

类似普通程序里的printf()，驱动程序要输出信息使用printk()。在include/linux/kernel.h里声明。
int printk(const char* fmt, ...);
其中fmt是格式化字符串。...是参数。都是和printf()格式一样的。

2.4.7 注册驱动程序

如果使用模块(module)方式加载驱动程序，需要在模块初始化时把设备注册

到系统设备表里去。不再使用时，把设备从系统中卸除。定义在drivers/net/net_init.h里的两个函数完成这个工作。

int register_netdev(struct device *dev);
void unregister_netdev(struct device *dev);

dev就是要注册进系统的设备结构指针。在register_netdev()时，dev就是要注册进系统的设备结构指针。在register_netdev()时，dev结构一般填写前面11项，即到init，后面的暂时可以不用初始化。最重要的是name指针和init方法。name指针空(NULL)或者内容为’’或者name[0]为空格(space)，则系统把你的设备做为以太网设备处理。以太网设备有统一的命名格式，ethX。对以太网这么特别对待大概和Linux的历史有关。
init方法一定要提供，register_netdev()会调用这个方法让你对硬件检测和设置。

register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。

2.4.8 sk_buff

Linux网络各层之间的数据传送都是通过sk_buff。sk_buff提供一套管理缓冲区的方法，是Linux系统网络高效运行的关键。每个sk_buff包括一些控制方法和一块数据缓冲区。控制方法按功能分为两种类型。一种是控制整个buffer链的方法，另一种是控制数据缓冲区的方法。sk_buff组织成双向链表的形式，根据网络应用的特点，对链表的操作主要是删除链表头的元素和添加到链表尾。sk_buff的控制方法都很短小以尽量减少系统负荷。(translated from article written by AlanCox)
.alloc_skb() 申请一个sk_buff并对它初始化。返回就是申请到的sk_buff。
.dev_alloc_skb()类似alloc_skb，在申请好缓冲区后，保留16字节的帧头空间。主要用在Ethernet驱动程序。
.kfree_skb() 释放一个sk_buff。
.skb_clone() 复制一个sk_buff，但不复制数据部分。
.skb_copy()完全复制一个sk_buff。
.skb_dequeue() 从一个sk_buff链表里取出第一个元素。返回取出的sk_buff
.skb_dequeue() 从一个sk_buff链表里取出第一个元素。返回取出的sk_buff，如果链表空则返回NULL。这是常用的一个操作。
.skb_queue_head() 在一个sk_buff链表头放入一个元素。
.skb_queue_tail() 在一个sk_buff链表尾放入一个元素。这也是常用的一个操作。网络数据的处理主要是对一个先进先出队列的管理，skb_queue_tail()和skb_dequeue()完成这个工作。
.skb_insert() 在链表的某个元素前插入一个元素。
.skb_append() 在链表的某个元素后插入一个元素。一些协议(如TCP)对没按顺序到达的数据进行重组时用到skb_insert()和skb_append()。
.skb_reserve() 在一个申请好的sk_buff的缓冲区里保留一块空间。这个空间一般是用做下一层协议的头空间的。
.skb_put() 在一个申请好的sk_buff的缓冲区里为数据保留一块空间。在
alloc_skb以后，申请到的sk_buff的缓冲区都是处于空(free)状态，有一个tail指针指向free空间，实际上开始时tail就指向缓冲区头。skb_reserve()在free空间里申请协议头空间，skb_put()申请数据空间。见下面的图。
.skb_push() 把sk_buff缓冲区里数据空间往前移。即把Head room中的空间移一部分到Data area。
.skb_pull() 把sk_buff缓冲区里Data area中的空间移一部分到Head room中。