原创 Linux网卡驱动程序设计（一）

Linux网卡驱动程序

一. Linux系统设备驱动程序概述 

1.1 Linux设备驱动程序分类 

与字符设备不同，网络设备并不对应于/dev目录下的文件，应用程序最终使用套接字成与网络设备的接口。因而在网络设备身上并不能体现出“一切都是文件”的思想。    

Linux系统的设备分为字符设备(char device)，块设备(block device)和网络设备(network device)三种。字符设备是指存取时没有缓存的设备（必须串行顺序访问，鼠标、键盘、触摸品、LED等）。块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)，字符设备则没有这个要求。块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-ROM等。一个文件系统要安装进入操作系统必须在块设备上。 

Linux的网络系统主要是基于BSD unix的socket机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据的传递。

1.2 以太网接口

以太网接口由MAC和PHY组成。

以太网MAC由IEEE-802.3以太网标准定义，实现了数据链路层。常用的MAC支持10Mbit/s或100Mbit/s两种速率。

以太网PHY则实现物理层功能IEEE-802.3标准定义了以太网PHY，它符合IEEE-802.3K中用于10BaseT和100BaseTX的规范。

MAC和PHY之间通常采用MII连接，它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准，包括1个数据接口和1个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送和接收的两条独立信道，每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号，MII数据接口总共需要16个信号，MII管理接口包含两个信号，分别是时钟和数据，通过管理接口，上层能监视和控制PHY。 

以太网接口原理图如下图所示，以太网隔离变压器时以太网收发芯片与连接器之间的磁性组件，在其两者之间起着信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离作用。

二.Linux系统网络设备驱动程序 

2.1 网络驱动程序的结构 

网络协议接口层：向网络层协议提供统一的数据接口，使得上层协议独立于具体设备。

网络设备接口层：struct net_device描述具体网络设备属性和操作。

设备驱动功能层：驱动硬件完成相应的收发数据过程，具体和硬件相关。

网络设备与媒介层：具体的硬件实体，包括网络适配器和具体的传输媒介。

在设计具体的网络设备驱动程序时，我们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。