Linux下网卡的一些技术信息(1)

　　对于那些想了解更多有关网卡如何工作、或如何使用现有驱动程序，以及试图为目前不支持的网卡编写自己的驱动程序的人来说，这些信息应该会有用。如果你没有这种想法，那么最好跳过这一节。
　　
　　1 可编程I/O、共享内存与DMA
　　
　　如果已经可以发送接收背靠背数据包，就无法把更多的数据放到网络上。每一个现代的以太网卡都可以接收背靠背数据包。Linux的DP8390驱动程序（wd80x3、SMC-Ultra、3c503、ne2000，等等）基本上都可以发送背靠背数据包（依赖于当前的中断延迟），3c509和AT1500的硬件在自动发送背靠背数据包上没有一点问题。
　　
　　ISA总线可以达到5.3MB/sec (42Mb/sec)，对10Mbps以太网而言已经足够了。对于100Mbps网卡，显然需要更快的总线来充分利用网络带宽。
　　
　　可编程I/O（如NE2000、3c509）
　　
　　优点：没有使用任何受限制的系统资源，只用了若干I/O寄存器，而且没有16M的限制。
　　
　　缺点：一般传输速率较慢，CPU需要等待，几乎不可能访问交叉的数据包。
　　
　　共享内存（如WD80x3、SMC-Ultra、3c503）
　　
　　优点：简单，比可编程I/O速度快，允许随机访问数据包。在可能的情况下，Linux驱动程序在从网卡复制出接收的IP数据包时计算其校验和，从而比相应的PIO网卡进一步减少了对CPU的占用。
　　
　　缺点：使用高端内存空间（对DOS用户来说是个大问题，在Linux下没有问题），依然要占用CPU。
　　
　　从属（普通）的直接内存存取（Linux下没有这种情况！）
　　
　　优点：在实际数据传递过程中不占用CPU。
　　
　　缺点：检查边界条件、分配相邻的缓存和DMA寄存器编程使该方法成为最慢的技术。它还占用了一个珍贵的DMA通道，并要求对齐的低端内存缓存。
　　
　　总线控制的直接内存存取（如LANCE、DEC 21040）
　　
　　优点：在数据传输过程中不占用CPU，可以把缓存串起来，CPU时间很少或不花费在ISA总线上。大多数总线控制的Linux驱动程序现在使用一种“copybreak”方案，较大的数据包直接从网卡放进内核的网络缓存，小的数据包被CPU复制到cache里进行下一步的处理。
　　
　　缺点：（只适用于ISA总线的网卡）网卡要求低端内存缓存和一个DMA通道。任何总线控制器在与其它强占总线的总线控制器，如某些古老的SCSI适配器，一起工作时都会出问题。有几个设计低劣的主板芯片组在与总线控制器一起使用时也有麻烦。不使用任何类型的DMA设备的一个原因是使用了设计为代替386的486处理器插件：这些处理器在每个DMA周期都必须刷新cache。（这其中包括Cx486DLC、Ti486DLC、Cx486SLC、Ti486SLC，等等。）
　　
　　
　　2 编写驱动程序
　　
　　在Linux下使用以太网卡所必需的只不过是相应的驱动程序。因此，关键是制造商要向公众公开编程的技术资料，而无需你（或其他什么人）签署什么协议。关于获取资料的可能性（也许你不编写代码，那么就是其他人编写你确实需要的驱动程序的可能性），一个较好的指南是Crynwr (nee Clarkson)的包驱动程序的可用性。Russ Nelson在干这些事，对开发Linux驱动程序很有帮助。网上冲浪者可以试着看一下Russ的软件。
　　
　　Russ Nelson's Packet Drivers
　　
　　有了资料，就可以为网卡编写驱动程序并在Linux下使用（至少从理论上来说是这样）。记住，有些为XT一类机器设计的老式硬件在Linux这样的多任务环境下工作得不是很好。如果网络流量较大，使用这些网卡会带来大麻烦。
　　
　　大多数网卡都带有如NDIS和ODI一类的MS-DOS接口的驱动程序，但对Linux没有用。许多人建议直接链接它们或自动翻译一下，但这几乎是不可能的。MS-DOS驱动程序需要在16比特模式，并依赖于“软件中断”，这二者与Linux内核不兼容。这种不兼容实际上是Linux的一个特性，有些Linux驱动程序比其相应的MS-DOS驱动程序要好得多。比如“8390”系列驱动程序使用乒乓传送缓存，该方法刚刚被引进MS-DOS。
　　
　　（乒乓传送缓存意味着为传送数据包使用至少两个最大大小的包缓存。在网卡发送其中的一个时，载入另一个。在第一个包被发出去后，立刻发送第二个包，依次类推。这样，大多数网卡就可以连续向线路上发送背靠背数据包。）
　　
　　好啦。你可以决定为Foobar Ethernet网卡编写驱动程序了，因为你有编程资料，而且还没人写这个驱动程序。（......这是两个主要的需求）你可以从Linux内核源码树中提供的网络驱动程序框架开始。在所有近期的内核里都能找到这个文件/usr/src/linux/drivers/net/skeleton.c。也可以看看如下URL的Kernel Hackers Guide：KHG
　　
　　
　　3 内核的驱动程序接口
　　
　　下面对编写一个新驱动程序所必需的函数进行了若干说明。和上面提到的驱动程序框架一起阅读可以更清楚一些。
　　
　　
　　探测
　　
　　在启动时调用以检查网卡存在与否。如果可以通过读取内存等非强制手段进行检查最好。也可以从I/O端口读取。在探测开始向I/O端口写不好，因为这样可能会损害另一个设备。通常在这里还进行一些设备初始化（分配I/O空间、IRQ、填充dev->???域等等）。必须了解网卡可以配置到哪些I/O端口/内存、如何启用共享内存（如果用了的话）以及如何选择/启用中断产生，等等。
　　
　　中断处理程序
　　
　　在网卡发出一个中断时内核调用的程序。他需要确定网卡发出中断的原因并进行相应的操作。一般的中断条件是接收到数据、发送完成、报告出错状况。需要了解相关的中断状态位以进行相应的操作。
　　
　　传送函数
　　
　　与dev->hard_start_xmit()链接，在内核想通过设备传送数据时调用它。该函数把数据放入网卡并触发传送。需要了解如何把数据打包并传给网卡（共享内存拷贝、PIO传送、DMA？），以及放入网卡正确的位置。然后需要了解如何通知网卡把数据发送到线路上，（可能）在发送完成后发出一个中断。在硬件无法接收更多数据包时需要设置dev->tbusy标志。在网卡有空间可用时，一般这发生在传送完成中断过程中，清除dev->tbusy标志并用mark_bh(INET_BH)通知上一层。
　　
　　接收函数
　　
　　在网卡报告有数据时由内核中断处理程序调用。它把数据从网卡上移出，放入一个sk_buff并通过执行netif_rx(sk_buff)告诉内核数据所在位置。需要了解如何在接收数据时启用中断生成，如何检查相关的接收状态位，以及如何从网卡获取数据（通过共享内存拷贝、PIO、DMA，等等）。
　　
　　打开函数
　　
　　与dev->open链接，在有人使用ifconfig eth0 up时网络层调用它—— 把设备连到线路上并启用来接收/发送数据。任何在探测过程中（启用IRQ生成等）没有完成的特别的初始化操作都在这里进行。
　　
　　关闭函数（可选）
　　
　　在有人使用ifconfig eth0 down时使网卡进入一个清醒的状态。如果硬件许可的话它会释放中断和DMA通道，并完全关闭以节约能源（象收发器一样）。
　　
　　其它函数
　　
　　象一个重新设置函数，如果事情变得很糟，驱动程序可以试图重新设置网卡作为最后防线。一般在发送超时或类似情况下如此进行。也是一个读取网卡统计寄存器的函数，如果是这样配备的话。
　　
　　
　　4 3Com的技术信息
　　
　　如果对3Com网卡驱动程序的工作感兴趣，可以从3Com公司获取技术资料。Cameron友好地告诉了我们该如何做：
　　
　　在我们的“技术参考文献”里给出了3Com的以太网适配器驱动程序程序员需要了解的资料。这些手册描述了板上的程序员接口，但没有提及诊断、安装程序等终端用户所看到的东西。
　　
　　网络适配器分部的市场部有技术参考资料分发。为了使这个计划更有效，我们把它集中到一个称作“CardFacts”的自动电话系统里。你可以打电话来，然后它把资料传真给你。要索取技术参考资料，打电话到408-727-7021。索取开发人员的订单，资料号是9070。在打电话前准备好你的传真号码。填完订单后把它传真到408-764-5004。手册会由联邦速递的次日服务送到。
　　
　　有人认为我们的手册不该免费，他们也在寻找此系统过于昂贵或占用的时间和努力太多的证据。到目前为止，3Com的顾客确实很好，向我们提出的要求也很合理。我们需要你们的继续合作并把这样的服务维持下去。
　　
　　
　　5 基于AMD PCnet/LANCE的网卡的注意事项
　　
　　AMD的LANCE（以太网的局域网控制器）是最早提供的，已经被“PCnet-ISA”芯片所取代，否则又名为79C960。注意，名称“LANCE”有毛病，有些人会用老名称称呼新芯片。AMD的网络产品分部的Dave Roberts友好地提供了下面有关该芯片的信息：
　　
　　“从功能上来看，它等同与NE1500。它的寄存器组与使用附加1500/2100结构的老式LANCE一样。PCnet-ISA可以使用较早的1500/2100驱动程序。NE1500和NE2100的结构基本上是相同的。开始Novell把它称为2100，但后来想区分同轴电缆与10BASE-T网卡。属于10BASE-T的就只采用1500范围的编号。这是仅有的区别。
　　
　　许多公司提供基于PCnet-ISA的产品，包括HP、Racal-Datacom、Allied Telesis、Boca Research、Kingston Technology等等。除了有些制造商增加了“无跳线”特性允许软件配置网卡外，这些网卡基本上都是一样的。大多数制造商没有增加这一特性。AMD提供了一个使用PCnet-ISA的网卡的标准设计软件包，许多制造商不加改变地直接使用我们的设计。这也就是说，如果想编写大多数基于PCnet-ISA的网卡的驱动程序，只需要从AMD获取数据资料。打电话给我们的资料分发中心(800)222-9323，索取PCnet-ISA的数据资料Am79C960。这是免费的。
　　
　　要迅速了解一块网卡是否“标准”网卡只需要看一下它。如果是标准的，网卡上只有一块大的芯