Linux系统对网络设备驱动定义了4个层次， 这4个层次有到下分为:

同样地，上层对数据包的接收也通过向 netif_rx()函数传递一个 struct sk_buff 数据 结构的指针来完成。netif_rx()函数的原型为：

层次结构如下图所示:

设计具体的网络设备驱动程序时，我们需要完成的主要工作是编写设备驱动功 能层的相关函数以填充 net_device 数据结构的内容并将 net_device 注册入内核。

网卡驱动程序,只需要编写网络设备接口层,填充net_device数据结构的内容并将net_device注册入内核,设置硬件相关操作,使能中断处理等。

网络设备接口层的主要功能是为千变万化的网络设备定义了统一、抽象的数据结 构 net_device 结构体，以不变应万变，实现多种硬件在软件层次上的统一。 net_device 结构体在内核中指代一个网络设备，网络设备驱动程序只需通过填充 net_device 的具体成员并注册 net_device 即可实现硬件操作函数与内核的挂接。 net_device 本身是一个巨型结构体，包含网络设备的属性描述和操作接口。当我 们编写网络设备驱动程序时，只需要了解其中的一部分。

net_device_stats 结构体定义在内核的 include/linux/netdevice.h 文件中，其中重要成员如下所示:

net_device_stats 结构体适宜包含在设备的私有信息结构体中，而其中统计信息的 修改则应该在设备驱动的与发送和接收相关的具体函数中完成，这些函数包括中断处 理程序、数据包发送函数、数据包发送超时函数和数据包接收相关函数等。我们应该 在这些函数中添加相应的代码：

sk_buff 结构体非常重要，它的含义为“套接字缓冲区”，用于在 Linux 网络子系 统中的各层之间传递数据，是 Linux 网络子系统数据传递的“中枢神经”。当发送数据包时，Linux 内核的网络处理模块必须建立一个包含要传输的数据包 的 sk_buff，然后将 sk_buff 递交给下层，各层在 sk_buff 中添加不同的协议头直至交 给网络设备发送。同样地，当网络设备从网络媒介上接收到数据包后，它必须将接收 到的数据转换为 sk_buff 数据结构并传递给上层，各层剥去相应的协议头直至交给用 户。

参看 linux/skbuff.h 中的源代码，sk_buff 结构体包含的主要成员如下：

head 指针指向内存中已分配的用于承载网络数据的缓冲区的起始地址;

data 指针则指向对应当前协议层有效数据的起始地址。各层的有效数据信息包含的内容都不一样：对于传输层而言，用户数据和传输层协议头属于有效数据。 l 对于网络层而言，用户数据、传输层协议头和网络层协议头是其有效数据。 l 对于数据链路层而言，用户数据、传输层协议头、网络层协议头和链路层头 部都属于有效数据。 因此，data 指针的值需随着当前拥有 sk_buff 的协议层的变化进行相应的移动。

tail 指针则指向对应当前协议层有效数据负载的结尾地址，与 data 指针对应。

end 指针指向内存中分配的数据缓冲区的结尾，与 head 指针对应。

其实，end 指针所指地 址 数 据 缓 冲 区 的 末 尾 还 包 括 一 个 skb_shared_info 结构体的空间，这个结构体 存放分隔存储的数据片段，意味着可以将数 据包的有效数据分成几片存储在不同的内存空间中。 每一个分片frags的长度上限是一页。

len是指数据包有 效数据的长度，包括协议头和负载；

data_len 这个成员，它记录分片的 数据长度；

truesize 表示缓存区的整体长度: sizeof(struct sk_buff) + “传入 alloc_skb()或dev_alloc_skb()的长度“（但不包括结构体 skb_shared_info 的长度）。

套接字缓冲区操作

（1）分配

（2）释放

（3）指针移动

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（用于在缓冲区尾部添加数据）：

上述函数将 tail 指针下移，增加 sk_buff 的 len 值，并返回 skb->tail 的当前值。

push 操作（用于在数据包发送时添加头部）

push 操作在存储空间的头部增加一段可以存储网络数据包的空间。

pull 操作（用于下层协议向上层协议移交数据包，使 data 指针指向上一层协议的协议头）

skb_pull()函数将 data 指针下移，并减小 skb 的 len 值。

reserve 操作（用于在存储空间 的头部预留 len 长度的空隙）

skb_reserve()函数将 data 指针和 tail 指针同时下移

在内核中,当上层要发送一个数据包时, 就会调用网络设备层里net_device数据结构的成员hard_start_xmit()将数据包发送出去。

hard_start_xmit()发包函数需要我们自己构建,该函数原型如下所示:

这个函数中需要涉及到sk_buff结构体,含义为(socket buffer)套接字缓冲区,用来网络各个层次之间传递数据.

发包函数处理步骤：

1、把数据包发出去之前,需要使用**netif_stop_queue()**来停止上层传下来的数据包；

2.1、设置寄存器，通过网络设备硬件来发送数据

2.2、当数据包发出去后, 再调用dev_kfree_skb()函数来释放sk_buff,该函数原型如下:void dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb);

3、当数据包发出成功,就会进入TX接收中断函数，然后更新统计信息，调用**netif_wake_queue()**来唤醒，启动上层继续发包下来；

4、若数据包发出去超时，一直进不到TX中断函数,就会调用net_device结构体的*tx_timeout超时成员函数，在该函数中更新统计信息，并调用netif_wake_queue()来唤醒。

接收数据包主要是通过中断函数处理,来判断中断类型，如果等于ISQ_RECEIVER_EVENT表示为接收中断,然后进入接收数据函数,通过netif_rx()将数据上交给上层。例如，下图内核中自带的网卡驱动:/drivers/net/cs89x0.c

通过获取的status标志来判断是什么中断,如果是接收中断,就进入net_rx()。

网络设备驱动的注册与注销使用成对出现的register_netdev()和unregister_netdev() 函数完成，这两个函数的原型为：

这两个函数都接收一个 net_device 结构体指针为参数， net_device 的生成和成员的赋值并非一定要由工程师逐个亲自动手完成，可以利 用下面的函数帮助我们填充：

alloc_netdev()函数生成一个 net_device 结构体，对其成员赋值并返回该结构体的指针。第一个参数为设备私有成员的大小，第二个参数为设备名，第三个参数为 net_device 的 setup()函数指针。setup()函数接收的参数也为 net_device 指针，用 于预置 net_device 成员的值。

alloc_etherdev()是 alloc_netdev()针对以太网的“快捷”函数，其中的ether_setup()是由 Linux 内核提供的一个对以太网设备 net_device 结构体中公有成员 快速赋值的函数

释放 net_device 结构体 的函数为：

虚拟网卡驱动,也就是说不需要硬件相关操作,所以就没有中断函数,我们通过linux的ping命令来实现发包,然后在发包函数中伪造一个收的ping包函数,实现能ping通任何ip地址。

##　２.１　编写步骤

init初始函数

发包函数

收包函数：修改发送的sk_buff里数据包的数据,使它变为一个接收的sk_buff。

1)需要对调上图的ethhdr结构体 ”源/目的”MAC地址

2)需要对调上图的iphdr结构体”源/目的” IP地址

3)使用ip_fast_csum()来重新获取iphdr结构体的校验码

4)设置上图数据包的数据类型,之前是发送ping包0x08,需要改为0x00,表示接收ping包

5)使用dev_alloc_skb()来构造一个新的sk_buff

6)使用skb_reserve(rx_skb, 2);将sk_buff缓冲区里的数据包先后位移2字节,来腾出sk_buff缓冲区里的头部空间

7)使用memcpy()将之前修改好的sk_buff->data复制到新的sk_buff里的data成员指向的地址处:

8)设置新的sk_buff 其它成员

9)使用eth_type_trans()来获取上层协议,将返回值赋给sk_buff的protocol成员里

10)然后更新接收统计信息,最后使用netif_rx( )来将sk_fuffer传递给上层协议中

具体代码

上图的ping之所以成功，并是因为我们在发包函数中伪造了一个来收包，而是因为linux中，ping自己的时候并不调用（不需要）发送函数向网络设备发送sk_buff数据包。

ping其它ip地址之所以成功，是因为我们在发包函数中利用emulator_rx_packet函数伪造了一个接收数据包，并通过netif_rx()来将收包上传给上层。

在移植之前，首先我们来看一下mini2440（对应的机器ID为：set machid 7CF）中，是如何支持dm9000网卡的。 进入到入口函数，找到结构体：

一般是通过.name这个成员进行匹配的，搜索字符串“dm9000”，找到如下结构体（在平台文件中：arch\arm\mach-s3c24xx\Mach-mini2440.c）：

然后搜索结构体mini2440_device_eth，找到：

然后再搜索：mini2440_devices，找到：

这就是把结构体mini2440_devices添加到内核，里面的关于网卡的结构在里面，最终匹配驱动程序，就可以使用驱动程序了。 （这就是所谓的平台设备平台驱动的东西了，把可变的东西抽象出来放到平台相关的文件中定义，而我们的驱动程序，基本上是不需要改变的，它是稳定的内容，我们移植的时候，只需要把平台层可变的相关结构体加上，需要修改的资源，进行修改就可以了）。

而我们用的是smdk2440（对应的机器ID为：set machid 16a），然后我在Mach-smdk2440.c中添加以下函数：

在结构体smdk2440_devices中添加网卡成员：

添加头文件：

然后重新编译内核。成功。烧写新内核：

然后挂载网络文件系统： mount -t nfs -o nolock 192.168.1.101:/home/leon/nfs_root/first_fs /mnt

成功挂载网络文件系统。

有时候，内核自带的网卡驱动程序比较老，而我们的硬件有可能比较新，那么我们就不能使用内核的网卡驱动程序了，就需要去移植最新的网卡驱动程序，那么这种类型的，又该如何移植呢？

网络设备的初始化主要需要完成如下几个方面的工作：

个网络设备驱动初始化函数的模板如下所示：

##　4.3 网络设备的打开与释放

网络设备的打开函数需要完成如下工作。

１.　 使能设备使用的硬件资源，申请 I/O 区域、中断和 DMA 通道等。

２.　 调用 Linux 内核提供的 netif_start_queue()函数，激活设备发送队列。 网络设备的关闭函数需要完成如下工作。

３.　 调用 Linux 内核提供的 netif_stop_queue()函数，停止设备传输包。

４.　释放设备所使用的 I/O 区域、中断和 DMA 资源。

Linux 内核提供的 netif_start_queue()和 netif_stop_queue()两个函数的原型为：

根据以上分析，可得出网络设备打开和释放函数的模板:

（1）网络设备驱动程序从上层协议传递过来的 sk_buff 参数获得数据包的有效数 据和长度，将有效数据放入临时缓冲区。

（2）对于以太网，如果有效数据的长度小于以太网冲突检测所要求数据帧的最小 长度 ETH_ZLEN，则给临时缓冲区的末尾填充 0。

（3）设置硬件的寄存器，驱使网络设备进行数据发送操作。

网络设备接收数据的主要方法是由中断引发设备的中断处理函数，中断处理函数 判断中断类型，如果为接收中断，则读取接收到的数据，分配 sk_buffer 数据结构和数 据缓冲区，将接收到的数据复制到数据缓冲区，并调用 netif_rx()函数将 sk_buffer 传 递给上层协议。完成这一过程的函数模板：

如果是 NAPI 兼容的设备驱动，则可以通过 poll 方式接收数据包。这种情况下， 我们需要为该设备驱动提供 xxx_poll()函数:

虽然 NAPI 兼容的设备驱动以 poll 方式接收数据包，但是仍然需要首次数据包接 收中断来触发 poll 过程。与数据包的中断接收方式不同的是，以轮询方式接收数据包 时，当第一次中断发生后，中断处理程序要禁止设备的数据包接收中断。poll 中断处理函数如下：

上述代码的 netif_rx_schedule()函数被轮询方式驱动的中断程序调用，将设 备的 poll 方法添加到网络层的 poll 处理队列中，排队并且准备接收数据包，最终触发 一个 NET_RX_SOFTIRQ 软中断，通知网络层接收数据包。下图为 NAPI 驱动 程序各部分的调用关系：

网络设备驱动程序中往往设置一个定时器来对链路状态进行周期性地检查。当定 时器到期之后，在定时器处理函数中读取物理设备的相关寄存器获得载波状态，从而 更新设备的连接状态。

网络设备驱动可以通过 netif_carrier_on()和 netif_carrier_off()函数改变或通知内核网络设备的连接状态。此外，函数 netif_carrier_ok() 可用于向调用者返回链路上的载波信号是否存在。

以下代码显示了网络设备驱动用定时器周期检查链路状态：

从上述源代码还可以看出，定时器处理函数会不停地利用第 31～35 行代 码启动新的定时器以实现周期检测的目的。那么最初启动定时器的地方在哪里呢？很 显然，它最适合在设备的打开函数中完成：

当 CS8900 处于 I/O 模式下时（这里所说的 CS8900 处于 I/O 模式并非意味着它一定位于 CPU 的 I/O 空间，实 际上，CS8900 I/O 模式下的寄存器仍然映射 ARM 处理器的内存空间。因此， 我们直接通过读/写寄存器地址ioremap()之后的虚拟地址即可），可以通过以 下几个 PacketPage 空间内的寄存器来控制 CS8900 的行为（括号内给出的是寄存器地 址相对于 PacketPage 基地址的偏移）:

在 I/O 模式下，CS8900 发送数据包的步骤如下：

（1）向控制寄存器 TXCMD 寄存器写入发送命令write_reg(TXCMD, send_cmd);。

（2）将发送数据长度写入 TXLENG 寄存器write_reg(TXLENG, send_len)。

（3）读取 PacketPage 空间内的 BUSST 寄存器，确定其第 8 位被设置为 Rdy4TxNOW，即设备处于准备发送状态reg(BusST)&0x100。

（4）将要发送的数据循环写入 PORT0 寄存器write_reg(PORT0, data)。

（5）将数据组织为以太网帧并添加填充位和 CRC 校验信息，然后将数据转化为比特流传送到网络媒介。

在 I/O 模式下，CS8900 接收数据包的方法如下：

（1）接收到网络适配器产生的中断，查询相对于 I/O 基地址偏移 0008H 中断状态 队列端口，判断中断类型为接收中断。

（2）读 PORT0 寄存器依次获得接收状态 rxStatus、接收数据长度 rxLength。

（3）循环继续对 PORT0 寄存器读取 rxLength 次，获得整个数据包。

（4）驱动程序进行数据包处理并传递给上层。

对于一种网络设备的驱动而言，工程师主要需完成设备驱动功能层的设计。在 16.2～ 16.8节已经给出了设备驱动功能层主要数据结构和函数的设计模板，因此，在编写CS8900 的这些数据结构和函数时，实际要完成的工作就是用具体的针对 CS8900 的操作来填充模 板，具体包括以下工作：

填充 CS8900 的私有信息结构体，把 CS8900 特定的数据放入这个私有结构体中。在 CS8900 驱动程序中，这个数据结构为 struct net_local。

在 CS8900 的设备驱动程序中，核心数据结构 net_device 以全局变量的方式定义， 其数个成员的初始值都被置为空，私有信息结构体为 net_local：

当芯片的版本字母不同时，net_local 结构体中记录的 send_cmd 命令将不同。例如， 同样是 CS8900 网卡，若芯片版本字母为大于等于“F”，则发送命令为 TX_NOW，而 对于 CS8900A，发送命令为 TX_AFTER_ALL。

填充设备初始化模板，初始化 net_device 结构体，将其注册入内核。net_device 的注册与注销在模块加载与注销函数中完成。在 CS8900 驱动程序中，与此相关的函数有：

设备的初始化由 net_device 结构体中的 init()函数完成，这个函数将在 net_device 被注册时自动被调用。init()函数在 CS8900 网卡的驱动程序中对应 于 cs89x0_probe()函数：

上述函数第 8～11 行设置 S3C2410A ARM 处理器的片选，第 13行设置 ARM 与 CS8900 网卡对应的中断，第 15～18 行循环检索 netcard_portlist[ ]数组中定义的基地址处 是否存在 CS8900 网卡

填充设备发送数据包函数模板，把真实的数据包发送硬件操作填充入 xxx_tx() 函数，并填充发送超时函数 xxx_tx_timeout()。当发送数据包超时时，CS8900 驱动程序的数据包发送超时函数将被调用，它重 新启动设备发送队列。在初始化函数中，CS8900 的数据包发送函数指针 hard_ start_xmit 被赋值为 CS8900 驱动程序中的 net_send_packet()，这个函数完成硬件发送序列。具体代码如下：

填充设备驱动程序的中断处理程序 xxx_interrupt()和具体的数据包接收函数 xxx_rx()，填入真实的硬件操作。在 CS8900 驱动程序中，与此相关的函数有：

填充设备打开 xxx_open()与释放 xxx_release()函数代码。在 CS8900 驱动程序 中，与此相关的函数有：

拿到一块新的网卡，一般厂家会有自带的驱动程序给你，你所要做的就是以下几个事情：

修改该目录Makefile文件：

重新编译内核，烧写新的uImage文件到开发板中，看看是否可以挂载网络根文件系统或者可以设置IP地址及ping通网络。如果可以成功挂载网络根文件系统，所以网卡移植是成功的。

我们也可以设置开机直接挂载网络根文件系统，这样就可以直接开机启动网络根文件系统了。

uboot中设置：

ip=192.168.1.50：为单板ip，

192.168.1.101：为服务器ip，

192.168.1.1为网关，

255.255.255.0为子网掩码

net_close(struct net_device *dev);

修改该目录Makefile文件：

重新编译内核，烧写新的uImage文件到开发板中，看看是否可以挂载网络根文件系统或者可以设置IP地址及ping通网络。如果可以成功挂载网络根文件系统，所以网卡移植是成功的。

我们也可以设置开机直接挂载网络根文件系统，这样就可以直接开机启动网络根文件系统了。

uboot中设置：

ip=192.168.1.50：为单板ip，

192.168.1.101：为服务器ip，

192.168.1.1为网关，

255.255.255.0为子网掩码