第九章 Linux网络设备驱动程序

设备驱动程序简介1.设备驱动程序的作⽤从⼀个⾓度看，设备驱动程序的作⽤在于提供机制，⽽不是策略。

在编写驱动程序时，程序猿应该特别注意以下这个基本概念：编写訪问硬件的内核代码时，不要给⽤户强加不论什么特定策略。

由于不同的⽤户有不同的需求，驱动程序应该处理如何使硬件可⽤的问题。

⽽将如何使⽤硬件的问题留给上层应⽤程序。

从还有⼀个⾓度来看驱动程序。

它还能够看作是应⽤程序和实际设备之间的⼀个软件层。

总的来说，驱动程序设计主要还是综合考虑以下三个⽅⾯的因素：提供给⽤户尽量多的选项、编写驱动程序要占⽤的时间以及尽量保持程序简单⽽不⾄于错误丛⽣。

2.内核功能划分Unix系统⽀持多进程并发执⾏。

每⼀个进程都请求系统资源。

内核负责处理全部这些请求，依据内核完毕任务的不同，可将内核功能分为例如以下⼏部分：1.进程管理：负责创建和销魂进程。

并处理它们和外部世界之间的连接。

内核进程管理活动就是在单个或多个CPU上实现了多个进程的抽象。

2.内存管理：内存是计算机的主要资源之中的⼀个，⽤来管理内存的策略是决定系统系能的⼀个关键因素。

3.⽂件系统：内核在没有结构的硬件上构造结构化的⽂件系统。

⽽⽂件抽象在整个系统中⼴泛使⽤。

4.设备控制：差点⼉每个系统操作终于都会映射到物理设备上。

5.⽹络功能：⽹络功能也必须由操作系统来管理，系统负责在应⽤程序和⽹络接⼝之间传递数据包，并依据⽹络活动控制程序的运⾏。

全部的路由和地址解析问题都由内核处理。

可装载模块：Linux有⼀个⾮常好的特性：内核提供的特性可在执⾏时进⾏扩展。

可在执⾏时加⼊到内核的代码被称为“模块”。

Linux内核⽀持⼏种模块类型。

包含但不限于设备驱动程序。

每⼀个模块由⽬标代码组成，能够使⽤insmod程序将模块连接到正在执⾏的内核，也能够使⽤rmmod程序移除连接。

3.设备和模块的分类Linux系统将设备分成三个基本类型：字符设备、块设备、⽹络接⼝。

1.字符设备：字符设备驱动程序通常⾄少要实现open、close、read和write系统调⽤。

Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。

利用这个机制“模块”(module)。

利用这个机制，可以)。

利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。

正是这种机制，走已经安装的模块。

正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。

和可扩充性。

内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。

严格来说，卸载的内核软件。

严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。

密切相关的部分(如文件系统等)。

课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。

且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。

(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。

)。

Linux网络基础知识TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

这4层分别为：应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收)，如网际协议（IP）。

网络接口层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

网络接口层在发送端将上层的IP数据报封装成帧后发送到网络上；数据帧通过网络到达接收端时，该结点的网络接口层对数据帧拆封，并检查帧中包含的MAC地址。

如果该地址就是本机的MAC地址或者是广播地址，则上传到网络层，否则丢弃该帧。

网络接口层可细分为数据链路层和物理层，数据链路层实际上就是网卡的驱动程序，物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。

链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。

它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

网卡驱动程序主要实现发送数据帧与接受数据帧的功能，发送数据帧采用内核函数hard_start_xmit();接收数据帧采用内核函数netif_rx();网卡驱动程序主要是分配设置及注册net_dev结构体;数据帧的载体采用sk-buff结构体。

用浏览网页为例：发送方：1.输入网址：，按了回车键，电脑使用应用层用IE浏览器将数据从80端口发出，给了下一层协议——传输层。

1.1下载驱动程序一、首先弄清楚当前使用的是什么版本的Linux，如：Redhat9.0、Freda core5等。

Linux用的是什么版本的内核，可以用uname –a得知内核版本号。

二、使用的是什么接口类型的无线网卡，常见的接口类型有PCI （台式机）、Cardbus/PCMCIA（笔记本）、USB（台式机、笔记本）等。

三、无线网卡使用的是哪一种类型的芯片，判断方法如下，到相关网站下载与其相对应的驱动程序。

常用的无线网卡驱动及其支持的芯片类型和接口类型如下表1所示。

PCMCIA卡：将无线网卡插入笔记本电脑中，用命令lspci可以看到芯片类型，如：Realtek Semiconductor Co.. Ltd, RTL8180L802.11b MAC (rev 20)其中RTL8180L即为网卡芯片类型，用参数v可以看到更详细的信息。

USB卡：用命令lsusb可以看到芯片类型（fc5没有此命令）。

通过其它方法查找。

驱动程序芯片类型接口类型官方网站下载页Linux-wlan-ng Prism2/2.5/3 Cardbus/PCI/USB /download.shtml Madwifi Atheros系列Cardbus/PCI /islsm ISL38XX USB/PCI http://jbnote.free.fr/prism54usb/index.html表1：网卡驱动程序有关信息1.2驱动程序的安装每款驱动的安装方法各不相同，阅读INSTALL文档，获得驱动程序的具体安装方法及系统内核要求。

阅读驱动程序附带的README文档，获得有关此驱动的详细信息，如驱动所支持的网络模式、接口类型、所包含的模块的功能及无线网卡的配置等。

下面是安装网卡驱动程序的一般步骤：编译网卡驱动程序#make安装驱动程序模块#make install加载模块#modprobe 主模块名安装好驱动后插入无线网卡，命令iwconfig可以查看驱动是否加载成功，如果出现新的设备名，则说明驱动已经装上并且能够识别出无线网卡。

⏹ Linux 网络设备驱动结构Linux的加载和卸载设备的注册初始化和注销设备的打开和释放据包的发送和接收络连接状况数设置和统计数据此驱动所支持的网卡系列初始化网络设备注销网络设备设备挂起函数设备恢复函数打开网络设备关闭网络设备读取包的网卡收发包的状态，统计数据用户的ioctl 命令系统调用硬件处理数据包发送ISR 数据包发送和接收⏹ struct pci_driver如果网络设备（包括wireless ）是PCI 规范的，则先是向内核注册该PCI 设备(pci_register_driver)，然后由pci_driver 数据结构中的probe 函数指针所指向的侦测函数来初始化该PCI 设备，并且同时注册和初始化该网络设备。

如果网络设备（包括wireless ）是PCMCIA 规范的，则先是向内核注册该PCMCIA 设备(register_pccard_driver)，然后driver_info_t 数据结构中的attach 函数指针所指向的侦测函数来初始化该PCMCIA 设备，并且同时注册和初始化该网络设备。

1. 申明为PCI 设备：static struct pci_driver tg3_driver = {.name = DRV_MODULE_NAME,//此驱动所支持的网卡系列，vendor_id, device_id.id_table = tg3_pci_tbl,//初始化网络设备的回调函数.probe = tg3_init_one,//注销网络设备的回调函数.remove = __devexit_p(tg3_remove_one),//设备挂起函数.suspend = tg3_suspend,//设备恢复函数.resume = tg3_resume};2. 驱动模块的加载和卸载static int __init tg3_init(void){//先注册成PCI设备，并初始化，如果是其他的ESIA，PCMCIA，用其他函数return pci_module_init(&tg3_driver);}static void __exit tg3_cleanup(void){pci_unregister_driver(&tg3_driver);//注销PCI设备}module_init(tg3_init); //驱动模块的加载module_exit(tg3_cleanup); //驱动模块的卸载3. PCI设备探测函数probe，初始化网络设备主要工作：申请并设置pci资源（内存），申请并设置net_device网络设备结构，IO映射，注册网络设备static int __devinit tg3_init_one(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent){//初始化设备，使I/O，memory可用，唤醒设备pci_enable_device(pdev);//申请内存空间，配置网卡的I/O，memory资源pci_request_regions(pdev, DRV_MODULE_NAME);pci_set_master(pdev);//设置DMA属性pci_set_dma_mask(pdev, (u64) 0xffffffffffffffff);//网卡 I/O,memory资源的启始地址tg3reg_base = pci_resource_start(pdev, 0);//网卡I/O,memory资源的大小tg3reg_len = pci_resource_len(pdev, 0);//分配并设置网络设备dev = alloc_etherdev(sizeof(*tp));//申明为内核设备模块SET_MODULE_OWNER(dev);//初始化私有结构中的各成员值tp = dev->priv;tp->pdev = pdev;tp->dev = dev;……//锁的初始化spin_lock_init(&tp->lock);//映射I/O,memory地址到私有域中的寄存器结构tp->regs = (unsigned long) ioremap(tg3reg_base, tg3reg_len);dev->irq = pdev->irq;//网络设备回调函数赋值dev->open = tg3_open;dev->stop = tg3_close;dev->get_stats = tg3_get_stats;dev->set_multicast_list = tg3_set_rx_mode;dev->set_mac_aDDRess = tg3_set_mac_addr;dev->do_ioctl = tg3_ioctl;dev->tx_timeout = tg3_tx_timeout;dev->hard_start_xmit= tg3_start_xmit;//网卡的MAC地址赋值dev->addrtg3_get_device_address(tp);//注册网络设备register_netdev(dev);//把网络设备指针地址放入PCI设备中的设备指针中pci_set_drvdata(pdev, dev);}4. 注销网络设备主要工作：注销并释放网络设备，取消地址映射，释放PCI资源static void __devexit tg3_remove_one(struct pci_dev *pdev){struct net_device *dev = pci_get_drvdata(pdev);//注销网络设备unregister_netdev(dev);//取消地址映射iounmap((void *) ((struct tg3 *)(dev->priv))->regs);//释放网络设备kfree(dev);//释放PCI资源pci_release_regions(pdev);//停用PCI设备pci_disable_device(pdev);//PCI设备中的设备指针赋空pci_set_drvdata(pdev, NULL);}5. 网络设备挂起主要工作：停用网卡的中断寄存器，停止网卡收发包，停用网卡某些硬件，设置电源状态static int tg3_suspend(struct pci_dev *pdev, u32 state){//停用网卡的中断寄存器tg3_disable_ints(tp);//停止网卡收发包netif_device_detach(dev);//停止网卡某些硬件，fireware的一些功能tg3_halt(tp);//设置网卡的电源状态tg3_set_power_state(tp, state);}6. 网络设备恢复主要工作：恢复网卡电源，允许收发包，初始化收发包的缓冲区，初始化网卡硬件，打开网卡中断寄存器static int tg3_resume(struct pci_dev *pdev){//恢复网卡电源tg3_set_power_state(tp, 0);//允许网卡收发包netif_device_attach(dev);//初始化收发包的缓冲区tg3_init_rings(tp);//初始化网卡硬件tg3_init_hw(tp);//打开网卡中断寄存器tg3_enable_ints(tp);}struct net_device1. 打开网络设备主要工作：分配中断及注册中断处理函数，初始化硬件及收发缓冲区，初始化定时器及注册超时函数，允许网卡开始传送包static int tg3_open(struct net_device *dev){//分配一个中断request_irq(dev->irq, tg3_interrupt, SA_SHIRQ, dev->name, dev);/* 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。

第一章驱动程序基本框架星期二, 06/08/2010 - 00:21— william前言不管是Windows还是Linux，驱动程序都扮演着重要的角色。

应用程序只能通过驱动程序才能同硬件设备或系统内核通讯。

Linux内核对不同的系统定义了标准的接口（API），应用程序就是通过这些标准的接口来操作内核和硬件。

驱动可以被编译的内核中（build-in），也可以做为内核模块（Module）存在于内核的外面，需要的时候动态插入到内核中运行。

就像你学习操作系统概念时所了解的那样，Linux内核也分为几个大的部分：进程管理、内存管理、文件系统、设备控制、网络系统等，参考图1-1。

图1-1 Linux系统（来源：O‟Reilly Media, LDD3）这里就不对Linux系统内核的各个部分做过多的介绍了，在后面的学习中你就会逐渐地对这些概念有个更深入的了解。

其实Linux内核的精髓远不止这些，对于一个Linux内核的爱好者或开发者来说，最好详细的浏览内核源代码，订阅Linux内核相关的邮件列表，或是登陆Linux开发社区。

更多的信息，请登陆Linux内核官方网站：一个简单的驱动下面我们来编写第一个驱动程序，它很简单，在运行时会输出…Hello World‟消息。

// hello.c#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>static int __init hello_init(void){printk(KERN_ALERT "Hello World！\n");return 0;}static void __exit hello_exit(void){printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");这就是一个简单的驱动程序，它什么也没做，仅仅是输出一些信息，不过对于我们来说这已经足够了。

Linux系统网络配置教程一、引言在现代信息技术时代，网络已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。

而对于使用Linux操作系统的用户来说，正确配置网络是十分重要的。

本章将介绍Linux系统网络配置的基本步骤和常见问题解决方法。

二、网络配置概述网络配置是指将计算机与网络相连，并配置正确的网络参数，以实现与其他计算机之间的通信。

Linux系统的网络配置可分为两个方面，即物理连接和逻辑配置。

2.1 物理连接物理连接是指将计算机与网络相连的操作。

首先要确保计算机已经正确连接到局域网或因特网。

如果是有线连接，需要插入以太网线到计算机的网卡插槽和路由器的网络接口；如果是无线连接，需要确保无线网卡已经连接到正确的无线网络。

2.2 逻辑配置逻辑配置是指在物理连接完成后，需要对计算机进行相应的软件设置，以使其能够正确地与其他网络设备进行通信。

逻辑配置的主要内容包括IP地址的配置、网关的配置、DNS的配置以及防火墙的配置等。

三、IP地址配置IP地址是互联网中用于标识和定位计算机的一种地址。

在Linux系统中，可以通过以下两种方式来配置IP地址：3.1 动态IP地址配置动态IP地址配置是指使用DHCP服务器为计算机分配IP地址的方式。

DHCP是一种网络协议，它可以自动为计算机分配IP地址和其他网络配置信息。

要使用动态IP地址配置，在终端中输入以下命令：```shellsudo dhclient eth0```其中，eth0是计算机的网卡接口名，根据实际情况进行相应更改。

3.2 静态IP地址配置静态IP地址配置是指手动为计算机分配一个固定的IP地址。

这种方式适用于需要长期使用特定IP地址的情况。

要进行静态IP 地址配置，需要编辑网络配置文件。

在终端中输入以下命令：```shellsudo nano /etc/network/interfaces```在文件中添加以下配置信息：```shellauto eth0iface eth0 inet staticaddress 192.168.0.100netmask 255.255.255.0gateway 192.168.0.1```其中，eth0是计算机的网卡接口名，address是计算机的IP地址，netmask是子网掩码，gateway是网关地址。