学习笔记 --- LINUX网卡驱动框架分析

转自http://blog.csdn.net/wangshuchangfrank/article/details/22376489

网卡的驱动很简单，就是填充net_device结构体，其应用层到网络协议层内核已经完成了，我们的工作就是填写这个net_device，然后注册就可以了。

修正一下：上面第三步应该是：register_netdev

下面代码实现一个虚拟网卡，这里没有实际的网卡，只是把发出去的数据模拟远程回复过来，把数据转发到接收缓存里面，也就是回环操作。

[cpp]  view plain  copy

1. /* 
2. * 参考 drivers\net\cs89x0.c 
3. */  
4. #include <linux/module.h>  
5. #include <linux/errno.h>  
6. #include <linux/netdevice.h>  
7. #include <linux/etherdevice.h>  
8. #include <linux/kernel.h>  
9. #include <linux/types.h>  
10. #include <linux/fcntl.h>  
11. #include <linux/interrupt.h>  
12. #include <linux/ioport.h>  
13. #include <linux/in.h>  
14. #include <linux/skbuff.h>  
15. #include <linux/slab.h>  
16. #include <linux/spinlock.h>  
17. #include <linux/string.h>  
18. #include <linux/init.h>  
19. #include <linux/bitops.h>  
20. #include <linux/delay.h>  
21. #include <linux/ip.h>  
22.   
23. #include <asm/system.h>  
24. #include <asm/io.h>  
25. #include <asm/irq.h>  
26.   
27. static struct net_device *vnet_dev;  
28.   
29. static void emulator_rx_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)   //调换源与目的，完成回环  
30. {  
31. /* 参考LDD3 */  
32. unsigned char *type;  
33. struct iphdr *ih;  
34. __be32 *saddr, *daddr, tmp;  
35. unsigned char tmp_dev_addr[ETH_ALEN];  
36. struct ethhdr *ethhdr;  
37. struct sk_buff *rx_skb;  
38. // 从硬件读出/保存数据  
39. /* 对调"源/目的"的mac地址 */  
40. ethhdr = (struct ethhdr *)skb->data;//提取出MAC结构体指针  
41. memcpy(tmp_dev_addr, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);//目的送给临时  
42. memcpy(ethhdr->h_dest, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);//源送给目的  
43. memcpy(ethhdr->h_source, tmp_dev_addr, ETH_ALEN);//临时送给源  
44.   
45. /* 对调"源/目的"的ip地址 */  
46. ih = (struct iphdr *)(skb->data + sizeof(struct ethhdr));//提取出ip结构体指针，ip头在MAC之后  
47. saddr = &ih->saddr;//源  
48. daddr = &ih->daddr;//目的  
49.   
50. tmp = *saddr;  
51. *saddr = *daddr;  
52. *daddr = tmp;  
53. type = skb->data + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr);//提取type  
54.    
55. // 修改类型, 原来0x8表示ping  
56. *type = 0; /* 0表示reply */  
57. ih->check = 0; /* and rebuild the checksum (ip needs it) */  
58. ih->check = ip_fast_csum((unsigned char *)ih,ih->ihl);  
59. // 构造一个sk_buff  
60. rx_skb = dev_alloc_skb(skb->len + 2);  
61. skb_reserve(rx_skb, 2); /* 预留两个字节 */   
62. memcpy(skb_put(rx_skb, skb->len), skb->data, skb->len);//关于本行代码详解见注释2  
63.   
64. /* Write metadata, and then pass to the receive level */  
65. rx_skb->dev = dev;  
66. rx_skb->protocol = eth_type_trans(rx_skb, dev);  
67. rx_skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; /* don't check it */  
68. dev->stats.rx_packets++;  
69. dev->stats.rx_bytes += skb->len;  
70.   
71. // 提交sk_buff  
72. netif_rx(rx_skb);  
73. }  
74.   
75. static int virt_net_send_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)  //发送函数  
76. {  
77. static int cnt = 0;  
78. printk("virt_net_send_packet cnt = %d\n", ++cnt);  
79.   
80. /* 对于真实的网卡, 把skb里的数据通过网卡发送出去 */  
81. netif_stop_queue(dev); /* 停止该网卡的队列 */  
82. /* ...... */ /* 把skb的数据写入网卡 */  
83.   
84. /* 构造一个假的sk_buff,上报 */  
85. emulator_rx_packet(skb, dev);  //实现回环，源与目的对换，把数据发给自己  
86.   
87. dev_kfree_skb (skb); /* 释放skb */  
88. netif_wake_queue(dev); /* 数据全部发送出去后,唤醒网卡的队列 */  
89.   
90. /* 更新统计信息 */  
91. dev->stats.tx_packets++;  
92. dev->stats.tx_bytes += skb->len;  
93. return 0;  
94. }  
95.   
96.   
97. static int virt_net_init(void)  
98. {  
99. /* 1. 分配一个net_device结构体 */  
100. vnet_dev = alloc_netdev(0, "vnet%d", ether_setup);; /* alloc_etherdev */  
101.   
102. /* 2.设置 */  
103. vnet_dev->hard_start_xmit = virt_net_send_packet;  
104.   
105. /* 设置MAC地址 */  
106. vnet_dev->dev_addr[0] = 0x08;  
107. vnet_dev->dev_addr[1] = 0x89;  
108. vnet_dev->dev_addr[2] = 0x89;  
109. vnet_dev->dev_addr[3] = 0x89;  
110. vnet_dev->dev_addr[4] = 0x89;  
111. vnet_dev->dev_addr[5] = 0x11;  
112.   
113. /* 设置下面两项才能ping通 */  
114. vnet_dev->flags |= IFF_NOARP;  
115. vnet_dev->features |= NETIF_F_NO_CSUM;   
116.   
117. /* 3. 注册 */  
118. register_netdev(vnet_dev);  
119. return 0;  
120. }  
121.   
122. static void virt_net_exit(void)  
123. {  
124. unregister_netdev(vnet_dev);  
125. free_netdev(vnet_dev);  
126. }  
127.   
128. module_init(virt_net_init);  
129. module_exit(virt_net_exit);  
130. MODULE_LICENSE("GPL");  

上面代码里面主要工作在于实现回环，把发送的数据转给接收，再上报。数据放在net_device里面的data，那么这段数据的格式是什么？

MAC头：

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1. struct ethhdr {  
2. unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */  
3. unsigned char h_source[ETH_ALEN]; /* source ether addr */  
4. __be16 h_proto; /* packet type ID field */  
5. } __attribute__((packed));  

IP头：

[cpp]  view plain  copy

1. struct iphdr {  
2. #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)  
3. __u8 ihl:4,  
4. version:4;  
5. #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)  
6. __u8 version:4,  
7. ihl:4;  
8. #else  
9. #error "Please fix <asm/byteorder.h>"  
10. #endif  
11. __u8 tos;  
12. __be16 tot_len;  
13. __be16 id;  
14. __be16 frag_off;  
15. __u8 ttl;  
16. __u8 protocol;  
17. __sum16 check;  
18. __be32 saddr;//源ip地址  
19. __be32 daddr;//目的ip地址  
20. /*The options start here. */  
21. };  

上面代码编译，insmod做实验：

ifconfig vnet0 3.3.3.3 up

ping 3.3.3.3 ：发现可以ping通

ping 3.3.3.4 ：发现也可以ping通，而且收包状态和发包状态都有变化

综合上面可以知道，网络驱动核心就是两个函数：hard_start_xmit和netifrx

这两个函数里面需要操作实际网卡发送和接收数据，一般网络芯片都会提供驱动程序，我们的核心工作就是移植这个驱动。