学习交流加
- 个人qq：
1126137994- 个人微信：
liu1126137994- 学习交流资源分享qq群：
962535112
因为做的项目需要用到ethercat主站，而用ethercat主站，标准的网卡网络协议栈性能就无法达到要求，需要根据ethercat官方提供的文档修改网卡驱动程序的网络协议栈。那么在做正式的工作之前呢，我们先来分析i.MX6的网卡驱动程序的整体框架，弄懂后，再去修改。
参考资料：
《Linux network driver development Training lab book》，是一本很好的讲述网卡驱动是如何从无到有的编写过程。下载地址：点击下载
参考文章：点击查看参考的文章
我们的网卡驱动程序的位置位于：drviers/net/fec.c，对应还有一个fec.h作头文件。
（分析内核的驱动程序，必须用source insight阅读代码，或者其他类似的代码阅读工具，方便代码的查找与跳跃，不然很难分析。）
首先是驱动程序的入口：
static int __init
fec_enet_module_init(void)
{
printk(KERN_INFO "FEC Ethernet Driver\n");
return platform_driver_register(&fec_driver);
}
static void __exit
fec_enet_cleanup(void)
{
platform_driver_unregister(&fec_driver);
}
module_exit(fec_enet_cleanup);
module_init(fec_enet_module_init);
MODULE_LICENSE("GPL");
接着是上面的设置从uboot获取网卡地址信息的函数：fec_mac_addr_setup
static int fec_mac_addr_setup(char *mac_addr)
{
char *ptr, *p = mac_addr;
unsigned long tmp;
int i = 0, ret = 0;
while (p && (*p) && i < 6) {
ptr = strchr(p, ':');
if (ptr)
*ptr++ = '\0';
if (strlen(p)) {
ret = strict_strtoul(p, 16, &tmp);
if (ret < 0 || tmp > 0xff)
break;
macaddr[i++] = tmp;
}
p = ptr;
}
return 0;
}
/* 从uboot传给内核的启动参数中捕获fec_mac（即mac地址）参数，并将该参数传递给fec_mac_addr_setup */
__setup("fec_mac=", fec_mac_addr_setup);
接下来是fec_driver结构体：
static struct platform_driver fec_driver = {
.driver = {
.name = DRIVER_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_PM
.pm = &fec_pm_ops,
#endif
},
.id_table = fec_devtype,
.probe = fec_probe,
.remove = __devexit_p(fec_drv_remove),
};
这里面都是我们所熟悉的name，owner，probe，idtable等，有一个不熟悉，.pm这个参数，我们看看这是什么？通过source insight查看，发现这个pm所需要的宏，并没有被定义，所以这个参数暂时没有用到，暂时不分析。
那么接下来分析id_table字段，对应的函数为：
static struct platform_device_id fec_devtype[] = {
{
.name = "enet",
.driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,
},
{
.name = "fec",
.driver_data = 0,
},
{
.name = "imx28-fec",
.driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_SWAP_FRAME |
FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,
},
{ }
};
这里的fec_devtype[]数组主要是用来进行device与driver的匹配。默认的匹配函数内核代码中有（drivers/base）：platform.c中：
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
/* Attempt an OF style match first */
if (of_driver_match_device(dev, drv))
return 1;
/* Then try to match against the id table */
if (pdrv->id_table)
return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
/* fall-back to driver name match */
return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}
可以看到匹配的三个选择：
1.如果存在设备树机制，则优先匹配设备树，这种情况下，内核会寻找.driver 中的.of_match_table匹配。
2.使用驱动中的.id_table列表匹配，在id_table数组中寻找与device的名字相匹配的成员。
3.最后单纯地比较device的名字和driver的名字是否相同，是则匹配成功返回。
看完driver与device，接下来先看一下板级信息是在哪里添加的吧。
在arch/arm/mach-mx6/board-mx6q_sabresd.c文件中，可以找到函数mx6_sabresd_board_init：这里面是一些设备的初始化，我们找到了函数：imx6_init_fec(fec_data);这个函数是添加以太网device设备的函数。
而mx6_sabresd_board_init这个函数，在MACHINE_START里中被初始化：
/*
* initialize __mach_desc_MX6Q_SABRESD data structure.
*/
MACHINE_START(MX6Q_SABRESD, "Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board")
/* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc. */
.boot_params = MX6_PHYS_OFFSET + 0x100,
.fixup = fixup_mxc_board,
.map_io = mx6_map_io,
.init_irq = mx6_init_irq,
.init_machine = mx6_sabresd_board_init,
.timer = &mx6_sabresd_timer,
.reserve = mx6q_sabresd_reserve,
MACHINE_END
下面我们主要分析添加以太网设备的函数：imx6_init_fec(fec_data)，从而扩散到驱动程序的整个架构。这个函数被定义在：arch/arm/mach-mx6/mx6_fec.c中，如下：
void __init imx6_init_fec(struct fec_platform_data fec_data)
{
fec_get_mac_addr(fec_data.mac);
if (!is_valid_ether_addr(fec_data.mac))
random_ether_addr(fec_data.mac);
if (cpu_is_mx6sl())
imx6sl_add_fec(&fec_data);
else
imx6q_add_fec(&fec_data);
}
这里的参数：struct fec_platform_data fec_data，是设备的私有数据，被定义在：include/linux/fec.h中：
struct fec_platform_data {
int (*init) (struct phy_device *);
int (*power_hibernate) (struct phy_device *);
phy_interface_t phy;
unsigned char mac[ETH_ALEN];
int gpio_irq;
};
而这个参数fec_data已经在board-mx6q_sabresd.c中静态初始化好的如下：
static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {
.init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,
.phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,
//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};
而函数imx6_init_fec最终是执行函数imx6q_add_fec(&fec_data)进行添加设备（arch/arm/mach-mx6/devices-imx6q.h中）：
extern const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst;
#define imx6q_add_fec(pdata) \
imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata)
这里引入了外部的函数：imx6q_fec_data，这个函数定义在arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c中，如下：
#ifdef CONFIG_SOC_IMX6Q
const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst =
imx_fec_data_entry_single(MX6Q, "enet");
const struct imx_fec_data imx6sl_fec_data __initconst =
imx_fec_data_entry_single(MX6DL, "fec");
#endif
我们看到了“enet”“fec”，这是设备的name，找到这里，就找到了设备的name。
而imx_fec_data_entry_single这个函数也是定义在上相同的文件中，如下：
#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid) \
{ \
.iobase = soc ## _FEC_BASE_ADDR, \
.irq = soc ## _INT_FEC, \
.devid = _devid, \
}
这个函数的参数soc，后面的两个 ## 号代表把前后两个字符串连接成为一个变量，## 左右的空格会被忽略。那么上面的函数把传进来的参数展开后就等同于下面的代码：
#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid) \
{ \
.iobase = MX6Q_FEC_BASE_ADDR, \
.irq = MX6Q_INT_FEC, \
.devid = _devid, \
}
MX6Q_FEC_BASE_ADDR，MX6Q_INT_FEC这两个值被定义在：arch/arm/plat-mxc/include/mach/mx6.h，通过宏展开可以查到这两个值。
下面继续分析函数：imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata)，它定义在：arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c中如下：
struct platform_device *__init imx_add_fec(
const struct imx_fec_data *data,
const struct fec_platform_data *pdata)
{
struct resource res[] = {
{
.start = data->iobase,
.end = data->iobase + SZ_4K - 1,
.flags = IORESOURCE_MEM,
}, {
.start = data->irq,
.end = data->irq,
.flags = IORESOURCE_IRQ,
},
};
if (!fuse_dev_is_available(MXC_DEV_ENET))
return ERR_PTR(-ENODEV);
return imx_add_platform_device_dmamask(data->devid, 0,
res, ARRAY_SIZE(res),
pdata, sizeof(*pdata), DMA_BIT_MASK(32));
}
从上面的函数得知imx_fec_data最终被传送给了resource结构体。然后通过函数：imx_add_platform_device_dmamask将resource和额外的pdata数据添加到device中，最后在driver中再来获取device的这些信息。
以上是device的添加和driver的加载过程，当device与driver匹配之后，就进入驱动的probe入口函数。
static int __devinit
fec_probe(struct platform_device *pdev)
{
。。。。。。（函数太长不全部复制了，下面部分分析复制）
}
probe函数传进来的参数是刚刚分析过的imx_add_fec，也就是将resource和额外的pdata数据传进来。先获得resource资源属性，然后申请内存资源空间。代码如下：
r = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
if (!r)
return -ENXIO;
r = request_mem_region(r->start, resource_size(r), pdev->name);
if (!r)
return -EBUSY;
然后申请net_device结构体，初始化网络设备，传进来driver的私有数据的尺寸，代码如下：
/* Init network device */
ndev = alloc_etherdev(sizeof(struct fec_enet_private));
if (!ndev) {
ret = -ENOMEM;
goto failed_alloc_etherdev;
}
然后告诉内核我们的设备属于网络设备，由于net_device不属于char和block设备，因此不能用常规的方法来设计驱动。
SET_NETDEV_DEV(ndev, &pdev->dev);
定义如下：
/* Set the sysfs physical device reference for the network logical device
* if set prior to registration will cause a symlink during initialization.
*/
#define SET_NETDEV_DEV(net, pdev) ((net)->dev.parent = (pdev))
分配完net_device结构体之后，接下来，需要用下面的函数获取分配所得的私有数据的指针：
fep = netdev_priv(ndev);
然后用ioremap函数将网卡的寄存器的物理地址映射到内核空间，并且给获取得到的私有数据指针赋值。代码如下：
fep->hwp = ioremap(r->start, resource_size(r));
fep->pdev = pdev;
if (!fep->hwp) {
ret = -ENOMEM;
goto failed_ioremap;
}
然后下面的代码是用来设置平台driver的数据，以及接收之前在板级文件中设置的platform_data，
platform_set_drvdata(pdev, ndev);//pdev->dev->p->driver_data = ndev
pdata = pdev->dev.platform_data;//接收之前在板级文件下静态添加device的platform_data
接下来是对接收到的数据进行判断解析。这里的pdata->phy用来判断MAC物理层和以太网物理层的的接口的，从之前的fec_data里获取的数据，得知我们的iMX6q用的接口是：PHY_INTERFACE_MODE_RGMII。
if (pdata)
fep->phy_interface = pdata->phy;
接下来是关于中断的相关判断代码如下：
if (pdata->gpio_irq > 0) {
gpio_request(pdata->gpio_irq, "gpio_enet_irq");
gpio_direction_input(pdata->gpio_irq);
irq = gpio_to_irq(pdata->gpio_irq);
ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,
IRQF_TRIGGER_RISING,
pdev->name, ndev);
if (ret)
goto failed_irq;
} else {
/* This device has up to three irqs on some platforms */
for (i = 0; i < 3; i++) {
irq = platform_get_irq(pdev, i);
if (i && irq < 0)
break;
ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,
IRQF_DISABLED, pdev->name, ndev);
if (ret) {
while (--i >= 0) {
irq = platform_get_irq(pdev, i);
free_irq(irq, ndev);
}
goto failed_irq;
}
}
}
由之前在平台层静态设置的fec_data结构中：
static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {
.init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,
.phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,
//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};
这一行：//.gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,已经被屏蔽掉了，得知上面的代码是执行else分支。
（现在我们来分析一下，如果上面那行代码没有被屏蔽掉，那么我们该如何判断出上面的代码到底要执行哪一个分支呢？
分析：我们这里的MX6_ENET_IRQ的值是6，我们可以知道在添加私有数据之前，有如下代码：
if (enet_to_gpio_6)
// Make sure the IOMUX_OBSRV_MUX1 is set to ENET_IRQ.
mxc_iomux_set_specialbits_register(
IOMUX_OBSRV_MUX1_OFFSET,
OBSRV_MUX1_ENET_IRQ,
OBSRV_MUX1_MASK);
else
fec_data.gpio_irq = -1;
imx6_init_fec(fec_data);
它用来判断是否对fec_data的gpio_irq赋值为-1，而我们的enet_to_gpio_6是一个被定义在arch/arm/mach-mx6/cpu.c中的全局变量，默认值为0，同样在该文件可以找到下面的代码：
static int __init set_enet_irq_to_gpio(char *p)
{
enet_to_gpio_6 = true;
return 0;
}
early_param("enet_gpio_6", set_enet_irq_to_gpio);
early_param用来解析uboot传递给内核的参数，只有当uboot参数中带有enet_gpio_6这个参数时，参会执行set_enet_irq_to_gpio，所以上面的enet_to_gpio_6得值就为默认值0，所以会执行上面的这一行语句：fec_data.gpio_irq = -1;那么pdata->gpio_irq<0，所以刚才的代码就不会执行：if (pdata->gpio_irq > 0)语句，而会执行else分支分支。）
即上面的代码是从platform_device 的resource获取中断号的。由上面的分析，我们知道imx_fec_data_entry_single这个宏，展开后是如下代码：
#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid) \
{ \
.iobase = MX6Q_FEC_BASE_ADDR, \
.irq = MX6Q_INT_FEC, \
.devid = _devid, \
}
得知我们的中断号是：MX6Q_INT_FEC，它的值为150.对应的中断注册函数为：fec_enet_interrupt（）。
中断的注册分析完了后，接下来是时钟了，linux内核有一组专门的clock api用来处理时钟，简单点来说就只要知道首先clk_get()然后再clk_enable()就可以了，driver remove的时候反之即clk_disable()再clk_put()即可。
代码如下：
fep->clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_clk");
if (IS_ERR(fep->clk)) {
ret = PTR_ERR(fep->clk);
goto failed_clk;
}
fep->mdc_clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_mdc_clk");
if (IS_ERR(fep->mdc_clk)) {
ret = PTR_ERR(fep->mdc_clk);
goto failed_clk;
}
clk_enable(fep->clk);
这里的fec_clk是Ethernet控制器的clock，fec_mdc_clk是MAC层与物理层接口MDIO的Clock。
接下来是MAC层的初始化函数，代码如下：
ret = fec_enet_init(ndev); （比较重要，后面具体函数再分析）
if (ret)
goto failed_init;
再接着就是MAC层与物理层接口的初始化函数：
ret = fec_enet_mii_init(pdev); （比较重要，后面具体函数再分析）
if (ret)
goto failed_mii_init;
再接着就是对IEEE 1588 时钟同步协议的初始化：
if (fec_ptp_malloc_priv(&(fep->ptp_priv))) {
if (fep->ptp_priv) {
fep->ptp_priv->hwp = fep->hwp;
ret = fec_ptp_init(fep->ptp_priv, pdev->id);
if (ret)
printk(KERN_WARNING "IEEE1588: ptp-timer is unavailable\n");
else
fep->ptimer_present = 1;
} else
printk(KERN_ERR "IEEE1588: failed to malloc memory\n");
}
然后把内核网络层的传输队列关闭（即禁止发送），关闭时钟，等一些列辅助操作：
/* Carrier starts down, phylib will bring it up */
netif_carrier_off(ndev);
clk_disable(fep->clk);
INIT_DELAYED_WORK(&fep->fixup_trigger_tx, fixup_trigger_tx_func);
最后就是我们再熟悉不过的，将前面分配的net_device结构体注册进内核：
ret = register_netdev(ndev);
if (ret)
goto failed_register;
接下来我将详细讲述MAC层，物理层接口以及1588协议支持的代码，从而用ethercat的协议进行网卡协议的修改。放到下一篇文章分析（点击链接查看下一篇文章）
想一起探讨以及获得各种学习资源加我（有我博客中写的代码的原稿）：
qq：1126137994
微信：liu1126137994
可以共同交流关于嵌入式，操作系统，C++语言，C语言，数据结构等技术问题。
京公网安备 11010502036488号