网卡驱动

与其说这篇文章分析了网卡驱动中数据包的接收，还不如说是以e100为例，对网卡驱动编写的一个说明。当然，对数据包的接收说的很清楚。
一、从网卡说起
这并非是一个网卡驱动分析的专门文档，只是对网卡处理数据包的流程进行一个重点的分析。这里以Intel的e100驱动为例进行分析。大多数网卡都是一个PCI设备，PCI设备都包含了一个标准的配置寄存器。寄存器中，包含了PCI设备的厂商ID、设备ID等等信息，驱动程序使用来描述这些寄存器的标识符。如下：
CODE:
struct pci_device_id {
        __u32 vendor, device;           /* Vendor and device ID or PCI_ANY_ID */
        __u32 subvendor, subdevice;     /* Subsystem ID's or PCI_ANY_ID */
        __u32 class, class_mask;        /* (class,subclass,prog-if) triplet */
        kernel_ulong_t driver_data;     /* Data private to the driver */
};
这样，在驱动程序中，常常就可以看到定义一个struct pci_device_id 类型的数组，告诉内核支持不同类型的PCI设备的列表。以e100驱动为例：
#define INTEL_8255X_ETHERNET_DEVICE(device_id, ich) {\
        PCI_VENDOR_ID_INTEL, device_id, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, \
        PCI_CLASS_NETWORK_ETHERNET << 8, 0xFFFF00, ich }
       
static struct pci_device_id e100_id_table[] = {
        INTEL_8255X_ETHERNET_DEVICE(0x1029, 0),
        INTEL_8255X_ETHERNET_DEVICE(0x1030, 0),
        INTEL_8255X_ETHERNET_DEVICE(0x1031, 3),
……/*略过一大堆支持的设备*/
};
在内核中，一个PCI设备，使用struct pci_driver结构来描述：
struct pci_driver {
      struct list_head node;
      char *name;
      struct module *owner;
     const struct pci_device_id *id_table;//must be non-NULL for probe to be called
      int (*probe) (struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);//插入新设备
      void (*remove) (struct pci_dev *dev);//移除设备(NULL if not hot-plug capable driver)
      int (*suspend) (struct pci_dev *dev, pm_message_t state);//Device suspended
      int (*resume) (struct pci_dev *dev);                     //Device woken up
      void (*shutdown) (struct pci_dev *dev);
      struct device_driver driver;
      struct pci_dynids dynids;
int (*enable_wake) (struct pci_dev *dev, pci_power_t state, int enable);
//Enable wake event
};
因为在系统引导的时候，PCI设备已经被识别，当内核发现一个已经检测到的设备同驱动注册的id_table中的信息相匹配时。它就会触发驱动的probe函数，以e100为例：
/*****************************************
* 定义一个名为e100_driver的PCI设备：
* 1、设备的探测函数为e100_probe;
* 2、设备的id_table表为e100_id_table
******************************************/
static struct pci_driver e100_driver = {
        .name =       DRV_NAME,
        .id_table =   e100_id_table,
        .probe =      e100_probe,
        .remove =     __devexit_p(e100_remove),
#ifdef CONFIG_PM
        .suspend =    e100_suspend,
        .resume =     e100_resume,
#endif
        .driver = {
                .shutdown = e100_shutdown,
        }
};
这样，如果系统检测到有与id_table中对应的设备时，就调用驱动的probe函数。驱动设备在init函数中，调用pci_module_init函数初始化PCI设备e100_driver:
static int __init e100_init_module(void)
{
     if(((1 << debug) - 1) & NETIF_MSG_DRV)
{
          printk(KERN_INFO PFX "%s, %s\n", DRV_DESCRIPTION, DRV_VERSION);
          printk(KERN_INFO PFX "%s\n", DRV_COPYRIGHT);
     }
     return pci_module_init(&e100_driver);
}
一切顺利的话，注册的e100_probe函数将被内核调用，这个函数完成两个重要的工作：
1、分配/初始化/注册网络设备；
2、完成PCI设备的I/O区域的分配和映射，以及完成硬件的其它初始化工作。
网络设备使用struct net_device结构来描述，这个结构非常之大，许多重要的参考书籍对它都有较为深入的描述，可以参考《Linux设备驱动程序》中网卡驱动设计的相关章节。我会在后面的内容中，对其重要的成员进行注释。
当probe函数被调用，证明已经发现了我们所支持的网卡。这样，就可以调用register_netdev函数向内核注册网络设备了。注册之前，一般会调用alloc_etherdev为以太网分析一个net_device，然后初始化它的重要成员。
除了向内核注册网络设备之外，探测函数另一项重要的工作就是需要对硬件进行初始化。比如，要访问其I/O区域，需要为I/O区域分配内存区域，然后进行映射。这一步一般的流程是：先调用request_mem_region()，再调用ioremap()。对于一般的PCI设备而言，可以调用：pci_request_regions()与ioremap()。
pci_request_regions函数对PCI的6个寄存器都会调用资源分配函数进行申请（需要判断是I/O端口还是I/O内存）。例如：
CODE:
int pci_request_regions(struct pci_dev *pdev, char *res_name)
{
     int i;
    for (i = 0; i < 6; i++)
        if(pci_request_region(pdev, i, res_name))
               goto err_out;
     return 0;
}
CODE:
int pci_request_region(struct pci_dev *pdev, int bar, char *res_name)
{
    if (pci_resource_len(pdev, bar) == 0)
         return 0;
if (pci_resource_flags(pdev, bar) & IORESOURCE_IO)
{
         if (!request_region(pci_resource_start(pdev, bar),
              pci_resource_len(pdev, bar), res_name))
           goto err_out;
}
else if (pci_resource_flags(pdev, bar) & IORESOURCE_MEM)
{
             if (!request_mem_region(pci_resource_start(pdev, bar),
                  pci_resource_len(pdev, bar), res_name))
                  goto err_out;
        }
return 0;
}
有了这些基础，我们来看设备的探测函数：
static int __devinit e100_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent)
{
      struct net_device *netdev;
      struct nic *nic;
      int err;
      //分配网络设备
      if(!(netdev = alloc_etherdev(sizeof(struct nic))))
{
          if(((1 << debug) - 1) & NETIF_MSG_PROBE)
             printk(KERN_ERR PFX "Etherdev alloc failed, abort.\n");
          return -ENOMEM;
      }
      //设置各成员指针函数
      netdev->open = e100_open;
      netdev->stop = e100_close;
      netdev->hard_start_xmit = e100_xmit_frame;
      netdev->get_stats = e100_get_stats;
      netdev->set_multicast_list = e100_set_multicast_list;
      netdev->set_mac_address = e100_set_mac_address;
      netdev->change_mtu = e100_change_mtu;
      netdev->do_ioctl = e100_do_ioctl;
     SET_ETHTOOL_OPS(netdev, &e100_ethtool_ops);
     netdev->tx_timeout = e100_tx_timeout;
     netdev->watchdog_timeo = E100_WATCHDOG_PERIOD;
      netdev->poll = e100_poll;
      netdev->weight = E100_NAPI_WEIGHT;
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
      netdev->poll_controller = e100_netpoll;
#endif
      //设置网络设备名称
      strcpy(netdev->name, pci_name(pdev));
      //取得设备私有数据结构
      nic = netdev_priv(netdev);
      //网络设备指针，指向自己
      nic->netdev = netdev;
      //PCIy设备指针，指向自己
      nic->pdev = pdev;
      nic->msg_enable = (1 << debug) - 1;
      //将PCI设备的私有数据区指向网络设备
      pci_set_drvdata(pdev, netdev);
      //激活PCI设备
      if((err = pci_enable_device(pdev)))
{
           DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot enable PCI device, aborting.\n");
           goto err_out_free_dev;
      }
      //判断I/O区域是否是I/O内存，如果不是，则报错退出
      if(!(pci_resource_flags(pdev, 0) & IORESOURCE_MEM))
{
          DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot find proper PCI device "
                  "base address, aborting.\n");
          err = -ENODEV;
          goto err_out_disable_pdev;
      }
      //分配I/O内存区域
      if((err = pci_request_regions(pdev, DRV_NAME)))
{
          DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot obtain PCI resources, aborting.\n");
          goto err_out_disable_pdev;
      }
      /*告之内核自己的DMA寻址能力，这里不是很明白，因为从0xFFFFFFFF来看，本来就是内核默认的32了,为什么还要调用pci_set_dma_mask来重复设置呢？可能是对ULL而非UL不是很了    解吧。*/
      if((err = pci_set_dma_mask(pdev, 0xFFFFFFFFULL)))
{
           DPRINTK(PROBE, ERR, "No usable DMA configuration, aborting.\n");
           goto err_out_free_res;
        }
       SET_MODULE_OWNER(netdev);
       SET_NETDEV_DEV(netdev, &pdev->dev);
       //分配完成后，映射I/O内存
       nic->csr = ioremap(pci_resource_start(pdev, 0), sizeof(struct csr));
       if(!nic->csr)
{
           DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot map device registers, aborting.\n");
           err = -ENOMEM;
           goto err_out_free_res;
        }
       if(ent->driver_data)
              nic->flags |= ich;
       else
              nic->flags &= ~ich;
       //设置设备私有数据结构的大部份默认参数
       e100_get_defaults(nic);
       //初始化自旋锁，锅的初始化必须在调用 hw_reset 之前执行
       spin_lock_init(&nic->cb_lock);
       spin_lock_init(&nic->cmd_lock);
       //硬件复位，通过向指定I/O端口设置复位指令实现.
       e100_hw_reset(nic);
       /******************************************************************************
        PCI网卡被BIOS配置后，某些特性可能会被屏蔽掉。比如，多数BIOS都会清掉“master”位，这导致板卡不能随意向主存中拷贝数据。pci_set_master函数数会检查是否需要设置标* 志位，如果需要，则会将“master”位置位。
        PS：什么是PCI master？
        不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者(主控，Initiator或Master)，而另一个PCI设备做目标(从设备，Target或Slave)。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输。
        *****************************************************************************/
        pci_set_master(pdev);
        //添加两个内核定时器，watchdog和blink_timer
        init_timer(&nic->watchdog);
        nic->watchdog.function = e100_watchdog;
        nic->watchdog.data = (unsigned long)nic;
        init_timer(&nic->blink_timer);
        nic->blink_timer.function = e100_blink_led;
        nic->blink_timer.data = (unsigned long)nic;
        INIT_WORK(&nic->tx_timeout_task,
                (void (*)(void *))e100_tx_timeout_task, netdev);
        if((err = e100_alloc(nic)))
{
            DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot alloc driver memory, aborting.\n");
            goto err_out_iounmap;
        }
        //phy寄存器初始化
        e100_phy_init(nic);
        if((err = e100_eeprom_load(nic)))
                goto err_out_free;
        memcpy(netdev->dev_addr, nic->eeprom, ETH_ALEN);
        if(!is_valid_ether_addr(netdev->dev_addr))
{
            DPRINTK(PROBE, ERR, "Invalid MAC address from", EEPROM, aborting.\n");
            err = -EAGAIN;
            goto err_out_free;
        }
        //Wol magic packet can be enabled from eeprom
        if((nic->mac >= mac_82558_D101_A4)&&(nic->eeprom[eeprom_id] & eeprom_id_wol))
              nic->flags |= wol_magic;
        //ack any pending wake events, disable PME
        pci_enable_wake(pdev, 0, 0);
        //注册网络设备
        strcpy(netdev->name, "eth%d");
        if((err = register_netdev(netdev)))
{
            DPRINTK(PROBE, ERR, "Cannot register net device, aborting.\n");
            goto err_out_free;
        }
        DPRINTK(PROBE, INFO, "addr 0x%lx, irq %d, "
                "MAC addr %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
                pci_resource_start(pdev, 0), pdev->irq,
                netdev->dev_addr[0], netdev->dev_addr[1], netdev->dev_addr[2],
                netdev->dev_addr[3], netdev->dev_addr[4], netdev->dev_addr[5]);
        return 0;
err_out_free:
        e100_free(nic);
err_out_iounmap:
        iounmap(nic->csr);
err_out_free_res:
        pci_release_regions(pdev);
err_out_disable_pdev:
        pci_disable_device(pdev);
err_out_free_dev:
        pci_set_drvdata(pdev, NULL);
        free_netdev(netdev);
        return err;
}
执行到这里，探测函数的使命就完成了，在对网络设备重要成员初始化时，有：netdev->open = e100_open，指定了设备的open函数为e100_open，这样，当第一次使用设备，比如使用ifconfig工具的时候，open函数将被调用。
二、打开设备
在探测函数中，设置了netdev->open = e100_open; 指定了设备的open函数为e100_open：
CODE:
static int e100_open(struct net_device *netdev)
{
        struct nic *nic = netdev_priv(netdev);
        int err = 0;
        netif_carrier_off(netdev);
        if((err = e100_up(nic)))
                DPRINTK(IFUP, ERR, "Cannot open interface, aborting.\n");
        return err;
}
大多数涉及物理设备可以感知信号载波（carrier）的存在，载波的存在意味着设备可以工作据个例子来讲：当一个用户拔掉了网线，也就意味着信号载波的消失。
netif_carrier_off：关闭载波信号；
netif_carrier_on：打开载波信号；
netif_carrier_ok：检测载波信号。
对于探测网卡网线是否连接，这一组函数被使用得较多；接着，调用e100_up函数启动网卡，这个“启动”的过程，最重要的步骤有：
1、调用request_irq向内核注册中断；
2、调用netif_wake_queue函数来重新启动传输队例；
CODE:
static int e100_up(struct nic *nic)
{
        int err;
        if((err = e100_rx_alloc_list(nic)))
                return err;
        if((err = e100_alloc_cbs(nic)))
                goto err_rx_clean_list;
        if((err = e100_hw_init(nic)))
                goto err_clean_cbs;
        e100_set_multicast_list(nic->netdev);
        e100_start_receiver(nic, 0);
        mod_timer(&nic->watchdog, jiffies);
        if((err = request_irq(nic->pdev->irq, e100_intr, SA_SHIRQ,
                nic->netdev->name, nic->netdev)))
                goto err_no_irq;
        netif_wake_queue(nic->netdev);
        netif_poll_enable(nic->netdev);
        /* enable ints _after_ enabling poll, preventing a race between
         * disable ints+schedule */
        e100_enable_irq(nic);
        return 0;
err_no_irq:
        del_timer_sync(&nic->watchdog);
err_clean_cbs:
        e100_clean_cbs(nic);
err_rx_clean_list:
        e100_rx_clean_list(nic);
        return err;
}
这样，中断函数e100_intr将被调用。
三、网卡中断
从本质上来讲，中断，是一种电信号，当设备有某种事件发生的时候，它就会产生中断，通过总线把电信号发送给中断控制器，如果中断的线是激活的，中断控制器就把电信号发送给处理器的某个特定引脚。处理器于是立即停止自己正在做的事，跳到内存中内核设置的中断处理程序的入口点，进行中断处理。在内核中断处理中，会检测中断与我们刚才注册的中断号匹配，于是，注册的中断处理函数就被调用了。
当需要发/收数据，出现错误，连接状态变化等，网卡的中断信号会被触发。当接收到中断后，中断函数读取中断状态位，进行合法性判断，如判断中断信号是否是自己的等，然后，应答设备中断——OK，我已经知道了，你回去继续工作吧……
接着，它就屏蔽此中断，然后netif_rx_schedule函数接收，接收函数 会在未来某一时刻调用设备的poll函数（对这里而言，注册的是e100_poll）实现设备的轮询：
CODE:
static irqreturn_t e100_intr(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
        struct net_device *netdev = dev_id;
        struct nic *nic = netdev_priv(netdev);
        u8 stat_ack = readb(&nic->csr->scb.stat_ack);
 
        DPRINTK(INTR, DEBUG, "stat_ack = 0x%02X\n", stat_ack);
 
        if(stat_ack == stat_ack_not_ours ||        /* Not our interrupt */
           stat_ack == stat_ack_not_present)        /* Hardware is ejected */
                return IRQ_NONE;
 
        /* Ack interrupt(s) */
        writeb(stat_ack, &nic->csr->scb.stat_ack);
 
        /* We hit Receive No Resource (RNR); restart RU after cleaning */
        if(stat_ack & stat_ack_rnr)
               nic->ru_running = RU_SUSPENDED;
 
        e100_disable_irq(nic);
        netif_rx_schedule(netdev);
 
        return IRQ_HANDLED;
}
对于数据包的接收而言，我们关注的是poll函数中，调用e100_rx_clean进行数据的接收：
CODE:
static int e100_poll(struct net_device *netdev, int *budget)
{
        struct nic *nic = netdev_priv(netdev);
       /******************************************************************************
        netdev->quota是当前CPU能够从所有接口中接收数据包的最大数目，budget是在初始化阶段分配给接口的weight值，轮询函数必须接受二者之间的最小值。表示轮询函数本次要处理的数据包个数。
        *****************************************************************************/
        unsigned int work_to_do = min(netdev->quota, *budget);
        unsigned int work_done = 0;
        int tx_cleaned;
        //进行数据包的接收和传输
        e100_rx_clean(nic, &work_done, work_to_do);
        tx_cleaned = e100_tx_clean(nic);
        //接收和传输完成后，就退出poll模块，重启中断
        //If no Rx and Tx cleanup work was done, exit polling mode.
        if((!tx_cleaned && (work_done == 0)) || !netif_running(netdev))
{
              netif_rx_complete(netdev);
             e100_enable_irq(nic);
              return 0;
        }
        *budget -= work_done;
        netdev->quota -= work_done;
        return 1;
}
static inline
void e100_rx_clean(struct nic *nic, unsigned int *work_done, unsigned int work_to_do)
{
        struct rx *rx;
        int restart_required = 0;
        struct rx *rx_to_start = NULL;
        /*****************************************************************************
Are we already rnr? then pay attention!!! this ensures thatthe state machine
progression never allows a start with a partially cleaned list, avoiding a race
between hardware and rx_to_clean when in NAPI mode
*****************************************************************************/
        if(RU_SUSPENDED == nic->ru_running)
            restart_required = 1;
        //Indicate newly arrived packets
        for(rx = nic->rx_to_clean; rx->skb; rx = nic->rx_to_clean = rx->next)
{
            int err = e100_rx_indicate(nic, rx, work_done, work_to_do);
            if(-EAGAIN == err)
{
                //hit quota so have more work to do, restart once cleanup is complete
                restart_required = 0;
                break;
            }
else
if(-ENODATA == err) break;// No more to clean
        }
        //save our starting point as the place we'll restart the receiver
        if(restart_required)   rx_to_start = nic->rx_to_clean;
        //Alloc new skbs to refill list
        for(rx = nic->rx_to_use; !rx->skb; rx = nic->rx_to_use = rx->next)
{
            if(unlikely(e100_rx_alloc_skb(nic, rx)))
                break; //Better luck next time (see watchdog)
        }
        if(restart_required)
{
            //ack the rnr?
            writeb(stat_ack_rnr, &nic->csr->scb.stat_ack);
            e100_start_receiver(nic, rx_to_start);
            if(work_done) (*work_done)++;
        }
}
四、网卡的数据接收
内核如何从网卡接受数据，传统的经典过程：
1、数据到达网卡；
2、网卡产生一个中断给内核；
3、内核使用I/O指令，从网卡I/O区域中去读取数据。
我们在许多网卡驱动中，都可以在网卡的中断函数中见到这一过程。但是，这一种方法，有一种重要的问题，就是大流量的数据来到，网卡会产生大量的中断，内核在中断上下文中，会浪费大量的资源来处理中断本身。所以，一个问题是，“可不可以不使用中断”，这就是轮询技术，所谓NAPI技术，说来也不神秘，就是说，内核屏蔽中断，然后隔一会儿就去问网卡，“你有没有数据啊？”……从这个描述本身可以看到，哪果数据量少，轮询同样占用大量的不必要的CPU资源，大家各有所长吧，呵呵……
OK，另一个问题，就是从网卡的I/O区域，包括I/O寄存器或I/O内存中去读取数据，这都要CPU去读，也要占用CPU资源，“CPU从I/O区域读，然后把它放到内存（这个内存指的是系统本身的物理内存，跟外设的内存不相干，也叫主内存）中”。于是自然地，就想到了DMA技术——让网卡直接从主内存之间读写它们的I/O数据，CPU，这儿不干你事，自己找乐子去：
1、首先，内核在主内存中为收发数据建立一个环形的缓冲队列（通常叫DMA环形缓冲区）。
2、内核将这个缓冲区通过DMA映射，把这个队列交给网卡；
3、网卡收到数据，就直接放进这个环形缓冲区了——也就是直接放进主内存了；然后，向系统产生一个中断；
4、内核收到这个中断，就取消DMA映射，这样，内核就直接从主内存中读取数据；
呵呵，这一个过程比传统的过程少了不少工作，因为设备直接把数据放进了主内存，不需要CPU的干预，效率是不是提高不少？对应以上4步，来看它的具体实现：
1、分配环形DMA缓冲区
Linux内核中，用skb来描述一个缓存，所谓分配，就是建立一定数量的skb，然后把它们组织成一个双向链表；
2、建立DMA映射
然后，内核通过调用dma_map_single(struct device *dev,void *buffer,size_t size,enum dma_data_direction direction)建立映射关系。
struct device *dev，描述一个设备；
buffer：把哪个地址映射给设备，也就是某一个skb要映射全部，当然是做一个双向链表的循环即可；
size：缓存大小；
direction：映射方向——谁传给谁：一般来说，是“双向”映射，数据在设备和内存之间双向流动。
对于PCI设备而言（网卡一般是PCI的），通过另一个包裹函数pci_map_single，这样，就把buffer交给设备了！设备可以直接从里边读/取数据。
3、这一步由硬件完成。
4、取消映射
dma_unmap_single，对PCI而言，大多调用它的包裹函数pci_unmap_single，不取消的话，缓存控制权还在设备手里，要调用它，把主动权掌握在CPU手里——因为我们已经接收到数据了，应该由CPU把数据交给上层网络栈；当然，不取消之前，通常要读一些状态位信息，诸如此类，一般是调用dma_sync_single_for_cpu()。
让CPU在取消映射前，就可以访问DMA缓冲区中的内容。关于DMA映射的更多内容，可以参考《Linux设备驱动程序》“内存映射和DMA”章节相关内容！OK，有了这些知识，我们就可以来看e100的代码了，它跟上面讲的步骤基本上一样的——绕了这么多圈子，就是想绕到e100上面了，呵呵！
在e100_open函数中，调用e100_up，我们前面分析它时，略过了一个重要的东东，就是环形缓冲区的建立，这一步，是通过e100_rx_alloc_list函数调用完成的：
CODE:
static int e100_rx_alloc_list(struct nic *nic)
{
        struct rx *rx;
        unsigned int i, count = nic->params.rfds.count;
        nic->rx_to_use = nic->rx_to_clean = NULL;
        nic->ru_running = RU_UNINITIALIZED;
        //结构struct rx用来描述一个缓冲区节点，这里分配了count个
        if(!(nic->rxs = kmalloc(sizeof(struct rx) * count, GFP_ATOMIC)))
                return -ENOMEM;
        memset(nic->rxs, 0, sizeof(struct rx) * count);
        //虽然是连续分配的，不过还是遍历它，建立双向链表，然后为每一个rx的skb指针分员分//配空间skb用来描述内核中的一个数据包，呵呵，说到重点了
        for(rx = nic->rxs, i = 0; i < count; rx++, i++) {
                rx->next = (i + 1 < count) ? rx + 1 : nic->rxs;
                rx->prev = (i == 0) ? nic->rxs + count - 1 : rx - 1;
                if(e100_rx_alloc_skb(nic, rx)) //分配缓存
{
                    e100_rx_clean_list(nic);
                    return -ENOMEM;
                }
        }
        nic->rx_to_use = nic->rx_to_clean = nic->rxs;
        nic->ru_running = RU_SUSPENDED;
        return 0;
}
 
CODE:
#define RFD_BUF_LEN (sizeof(struct rfd) + VLAN_ETH_FRAME_LEN)
static inline int e100_rx_alloc_skb(struct nic *nic, struct rx *rx)
{
        //skb缓存的分配，是通过调用系统函数dev_alloc_skb来完成的，它同内核栈中通常调用//alloc_skb的区别在于，它是原子的，所以，通常在中断上下文中使用
        if(!(rx->skb = dev_alloc_skb(RFD_BUF_LEN + NET_IP_ALIGN)))
             return -ENOMEM;
        //初始化必要的成员
        rx->skb->dev = nic->netdev;
        skb_reserve(rx->skb, NET_IP_ALIGN);
        /*****************************************************************************
这里在数据区之前，留了一块sizeof(struct rfd) 这么大的空间，该结构的一个重要作用，
用来保存一些状态信息，比如，在接收数据之前，可以先通过它，来判断是否真有数据到
达等，诸如此类。
*****************************************************************************/
        memcpy(rx->skb->data, &nic->blank_rfd, sizeof(struct rfd));
        /*****************************************************************************
        这是最关键的一步，建立DMA映射，把每一个缓冲区rx->skb->data都映射给了设备，缓存区节点rx利用dma_addr保存了每一次映射的地址，这个地址后面会被用到。
        *****************************************************************************/
        rx->dma_addr = pci_map_single(nic->pdev, rx->skb->data,
                RFD_BUF_LEN, PCI_DMA_BIDIRECTIONAL);
        if(pci_dma_mapping_error(rx->dma_addr)) {
                dev_kfree_skb_any(rx->skb);
                rx->skb = 0;
                rx->dma_addr = 0;
                return -ENOMEM;
        }
        //Link the RFD to end of RFA by linking previous RFD to this one, and clearing EL //bit of previous.
        if(rx->prev->skb)
{
            struct rfd *prev_rfd = (struct rfd *)rx->prev->skb->data;
/*************************************************************************
put_unaligned(val，ptr)用到把var放到ptr指针的地方，它能处理处理内存对齐的问
题prev_rfd是在缓冲区开始处保存的一点空间，它的link成员，也保存了映射后的地
址。
*************************************************************************/
            put_unaligned(cpu_to_le32(rx->dma_addr),(u32 *)&prev_rfd->link);
            wmb();
            prev_rfd->command &= ~cpu_to_le16(cb_el);
            pci_dma_sync_single_for_device(nic->pdev, rx->prev->dma_addr,
                                           sizeof(struct rfd), PCI_DMA_TODEVICE);
        }
        return 0;
}
e100_rx_alloc_list函数在一个循环中，建立了环形缓冲区，并调用e100_rx_alloc_skb为每个缓冲区分配了空间，并做了DMA映射。这样，我们就可以来看接收数据的过程了。前面我们讲过，中断函数中，调用netif_rx_schedule，表明使用轮询技术，系统会在未来某一时刻，调用设备的poll函数：
CODE:
static int e100_poll(struct net_device *netdev, int *budget)
{
        struct nic *nic = netdev_priv(netdev);
        unsigned int work_to_do = min(netdev->quota, *budget);
        unsigned int work_done = 0;
        int tx_cleaned;
        e100_rx_clean(nic, &work_done, work_to_do);
        tx_cleaned = e100_tx_clean(nic);
        //If no Rx and Tx cleanup work was done, exit polling mode.
        if((!tx_cleaned && (work_done == 0)) || !netif_running(netdev))
{
            netif_rx_complete(netdev);
            e100_enable_irq(nic);
            return 0;
        }
       *budget -= work_done;
        netdev->quota -= work_done;
        return 1;
}
目前，我们只关心rx，所以，e100_rx_clean函数就成了我们关注的对像，它用来从缓冲队列中接收全部数据(这或许是取名为clean的原因吧！)：
CODE:
static inline
void e100_rx_clean(struct nic *nic, unsigned int *work_done, unsigned int work_to_do)
{
        struct rx *rx;
        int restart_required = 0;
        struct rx *rx_to_start = NULL;
        /*****************************************************************************
         Are we already rnr? then pay attention!!! this ensures that the state machine progression never allows a start with a partially cleaned list, avoiding a race between hardware and rx_to_clean when in NAPI mode
       *****************************************************************************/
        if(RU_SUSPENDED == nic->ru_running) restart_required = 1;
        //函数最重要的工作，就是遍历环形缓冲区，接收数据
        for(rx = nic->rx_to_clean; rx->skb; rx = nic->rx_to_clean = rx->next)
{
            int err = e100_rx_indicate(nic, rx, work_done, work_to_do);
            if(-EAGAIN == err)
{
                //hit quota so have more work to do, restart once cleanup is complete
                restart_required = 0;
                break;
            }
else
if(-ENODATA == err) break; //No more to clean
        }
        //save our starting point as the place we'll restart the receiver
        if(restart_required) rx_to_start = nic->rx_to_clean;
        //Alloc new skbs to refill list
        for(rx = nic->rx_to_use; !rx->skb; rx = nic->rx_to_use = rx->next)
{
           if(unlikely(e100_rx_alloc_skb(nic, rx)))
              break; //Better luck next time (see watchdog)
        }
        if(restart_required)
{
           //ack the rnr?
           writeb(stat_ack_rnr, &nic->csr->scb.stat_ack);
           e100_start_receiver(nic, rx_to_start);
           if(work_done) (*work_done)++;
        }
}
CODE:
static inline int e100_rx_indicate(struct nic *nic, struct rx *rx, unsigned int *work_done, unsigned int work_to_do)
{
     struct sk_buff *skb = rx->skb;
     struct rfd *rfd = (struct rfd *)skb->data;
     u16 rfd_status, actual_size;
     if(unlikely(work_done && *work_done >= work_to_do)) return -EAGAIN;
     /*******************************************************************************
      读取数据之前，也就是取消DMA映射之前，需要先读取cb_complete 状态位，以确定数据是否真的准备好了，并且，rfd的actual_size中，也包含了真实的数据大小pci_dma_sync_single_for_cpu函数前面已经介绍过，它让CPU在取消DMA映射之前，具备访问DMA缓存的能力。
********************************************************************************/
    pci_dma_sync_single_for_cpu(nic->pdev, rx->dma_addr,
                                 sizeof(struct rfd), PCI_DMA_FROMDEVICE);
     rfd_status = le16_to_cpu(rfd->status);
     DPRINTK(RX_STATUS, DEBUG, "status=0x%04X\n", rfd_status);
     //If data isn't ready, nothing to indicate
     if(unlikely(!(rfd_status & cb_complete))) return -ENODATA;
    //Get actual data size
     actual_size = le16_to_cpu(rfd->actual_size) & 0x3FFF;
     if(unlikely(actual_size > RFD_BUF_LEN - sizeof(struct rfd)))
         actual_size = RFD_BUF_LEN - sizeof(struct rfd);
      //取消映射，因为通过DMA，网卡已经把数据放在了主内存中，这里一取消，也就意味着，CPU
      //可以处理主内存中的数据了。
     pci_unmap_single(nic->pdev, rx->dma_addr, RFD_BUF_LEN, PCI_DMA_FROMDEVICE);
     //this allows for a fast restart without re-enabling interrupts
     if(le16_to_cpu(rfd->command) & cb_el)   nic->ru_running = RU_SUSPENDED;
     //正确地设置data指针，因为最前面有一个sizeof(struct rfd)大小区域，跳过它。
     skb_reserve(skb, sizeof(struct rfd));
     //更新skb的tail和len指针，也是就更新接收到这么多数据的长度
     skb_put(skb, actual_size);
     //设置协议位
     skb->protocol = eth_type_trans(skb, nic->netdev);
     if(unlikely(!(rfd_status & cb_ok)))
{
         //Don't indicate if hardware indicates errors
         nic->net_stats.rx_dropped++;
         dev_kfree_skb_any(skb);
      }
else
if(actual_size > nic->netdev->mtu + VLAN_ETH_HLEN)
{
            //Don't indicate oversized frames
            nic->rx_over_length_errors++;
            nic->net_stats.rx_dropped++;
            dev_kfree_skb_any(skb);
          }
else
{
              //网卡驱动要做的最后一步，就是统计接收计数器，设置接收时间戳，然后调用//netif_receive_skb，把数据包交给上层协议栈，自己的光荣始命也就完成了
              nic->net_stats.rx_packets++;
              nic->net_stats.rx_bytes += actual_size;
              nic->netdev->last_rx = jiffies;
              netif_receive_skb(skb);
              if(work_done)   (*work_done)++;
           }
     rx->skb = NULL;
     return 0;
}
网卡驱动执行到这里，数据接收的工作，也就处理完成了。但是，使用这一种方法的驱动，省去了网络栈中一个重要的内容，就是“队列层”，让我们来看看，传统中断接收数据包模式下，使用netif_rx函数调用，又会发生什么。
PS：九贱没有去研究过所谓的“零拷贝”技术，不太清楚，它同这种DMA直取方式有何不同？难道是把网卡中的I/O内存直接映射到主内存中，这样CPU就可以像读取主内存一样，读取网卡的内存，但是这要求设备要有好大的I/O内存来做缓冲呀！！^o^，外行了……希望哪位DX提点！
五、队列层
1、软中断与下半部
当用中断处理的时候，为了减少中断处理的工作量，比如，一般中断处理时，需要屏蔽其它中断，如果中断处理时间过长，那么其它中断有可能得不到及时处理，也以，有一种机制，就是把“不必马上处理”的工作，推迟一点，让它在中断处理后的某一个时刻得到处理。这就是下半部。
下半部只是一个机制，它在Linux中，有多种实现方式，其中一种对时间要求最严格的实现方式，叫“软中断”，可以使用open_softirq()来向内核注册一个软中断，然后，在合适的时候，调用raise_softirq_irqoff()触发它。
如果采用中断方式接收数据（这一节就是在说中断方式接收，后面，就不用这种假设了），同样也需要软中断，可以调用open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action, NULL);向内核注册一个名为NET_RX_SOFTIR的软中断，net_rx_action是软中断的处理函数。然后，在驱动中断处理完后的某一个时刻，调用raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ)；触发它，这样net_rx_action将得到执行。
2、队列层
什么是队列层？通常，在网卡收发数据的时候，需要维护一个缓冲区队列，来缓存可能存在的突发数据，类似于前面的DMA环形缓冲区。队列层中，包含了一个叫做struct softnet_data：
CODE:
struct softnet_data
{
      //throttle 用于拥塞控制，当拥塞发生时，throttle将被设置，后续进入的数据包将被丢弃。
      int throttle;
      //netif_rx函数返回的拥塞级别
      int cng_level;
      int avg_blog;
      //softnet_data 结构包含一个指向接收和传输队列的指针，input_pkt_queue成员指向准备//传送给网络层的sk_buffs包链表的首部的指针，这个队列中的包是由netif_rx函数递交的
      struct sk_buff_head    input_pkt_queue;
      struct list_head       poll_list;
      struct net_device     *output_queue;
      struct sk_buff        *completion_queue;
      struct net_device      backlog_dev; //Sorry. 8)
};
内核使用了一个同名的变量softnet_data，它是一个Per-CPU变量，每个CPU都有一个。
net/core/dev.c
CODE:
DECLARE_PER_CPU(struct softnet_data,softnet_data);
CODE:
//网络模块的核心处理模块.
static int __init net_dev_init(void)
{
        int i, rc = -ENOMEM;
        BUG_ON(!dev_boot_phase);
        net_random_init();
        if (dev_proc_init()) //初始化proc文件系统
             goto out;
        if (netdev_sysfs_init()) //初始化sysfs文件系统
             goto out;
        //ptype_all和ptype_base是重点，后面会详细分析，它们都是struct list_head类型变量，//这里初始化链表成员
        INIT_LIST_HEAD(&ptype_all);
        for (i = 0; i < 16; i++) 
INIT_LIST_HEAD(&ptype_base[i]);
        for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(dev_name_head); i++)
             INIT_HLIST_HEAD(&dev_name_head[i]);
        for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(dev_index_head); i++)
             INIT_HLIST_HEAD(&dev_index_head[i]);
        //初始化包接收队列，这里我们的重点了。遍历每一个CPU，取得它的softnet_data，我们//说过，它是一个struct softnet_data的Per-CPU变量*/
        for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)
{
            struct softnet_data *queue;
            //取得第i个CPU的softnet_data，因为队列是包含在它里边的，所以，我会直接说，“取//得队列”
            queue = &per_cpu(softnet_data, i);
            //初始化队列头
            skb_queue_head_init(&queue->input_pkt_queue);
            queue->throttle = 0;
            queue->cng_level = 0;
            queue->avg_blog = 10; /* arbitrary non-zero */
            queue->completion_queue = NULL;
            INIT_LIST_HEAD(&queue->poll_list);
            set_bit(__LINK_STATE_START, &queue->backlog_dev.state);
            queue->backlog_dev.weight = weight_p;
            //这里，队列中backlog_dev设备，它是一个伪网络设备，不对应任何物理设备，它的//poll函数，指向了process_backlog，后面我们会详细分析
            queue->backlog_dev.poll = process_backlog;
&nb, sp;           atomic_set(&queue->backlog_dev.refcnt, 1);
        }
#ifdef OFFLINE_SAMPLE
        samp_timer.expires = jiffies + (10 * HZ);
        add_timer(&samp_timer);
#endif
        dev_boot_phase = 0;       
        //注册收/发软中断
        open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action, NULL);
        open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action, NULL);
        hotcpu_notifier(dev_cpu_callback, 0);
        dst_init();
        dev_mcast_init();
        rc = 0;
out:
        return rc;
}
这样，初始化完成后，在驱动程序中，在中断处理函数中，会调用netif_rx将数据交上来，这与采用轮询技术，有本质的不同：
CODE:
int netif_rx(struct sk_buff *skb)
{
        int this_cpu;
        struct softnet_data *queue;
        unsigned long flags;
        //if netpoll wants it, pretend we never saw it
        if (netpoll_rx(skb)) return NET_RX_DROP;
        //接收时间戳未设置，设置之
        if (!skb->stamp.tv_sec) net_timestamp(&skb->stamp);
        //这里准备将数据包放入接收队列，需要禁止本地中断，在入队操作完成后，再打开中断.
        local_irq_save(flags);
        //获取当前CPU对应的softnet_data变量
        this_cpu = smp_processor_id();
        queue = &__get_cpu_var(softnet_data);
        //接收计数器累加
        __get_cpu_var(netdev_rx_stat).total++;
        //接收队列是否已满
        if (queue->input_pkt_queue.qlen <= netdev_max_backlog)
{
            if (queue->input_pkt_queue.qlen)
{
              if(queue->throttle)   goto drop;    //拥塞发生了，丢弃数据包
enqueue://数据包入队操作
                  dev_hold(skb->dev); //累加设备引入计数器
                __skb_queue_tail(&queue->input_pkt_queue, skb);//将数据包加入接收队列
#ifndef OFFLINE_SAMPLE
                  get_sample_stats(this_cpu);
#endif
              local_irq_restore(flags);
              return queue->cng_level;
            }
           /*************************************************************************驱动程序不断地调用net_rx函数，实现接收数据包的入队操作，当queue->input_pkt_queue.qlen == 0时（？什么情况下设置）则进入这段代码，这里，如果已经被设置拥塞标志的话，则清除它，因为这里将要调用软中断，开始将数据包交给上层了，即上层协议的接收函数将执行出队操作，拥塞自然而然也就不存在了。 ************************************************************************/
            if (queue->throttle) queue->throttle = 0;
            /*************************************************************************
             netif_rx_schedule函数完成两件重要的工作：
             1、将bakclog_dev设备加入“处理数据包的设备”的链表当中；
             2、触发软中断函数，进行数据包接收处理；
            *************************************************************************/
            netif_rx_schedule(&queue->backlog_dev);
            goto enqueue;
        }
        //前面判断了队列是否已满，如果已满而标志未设置，设置之，并累加拥塞计数器
        if (!queue->throttle)
{
            queue->throttle = 1;
            __get_cpu_var(netdev_rx_stat).throttled++;
        }
//拥塞发生，累加丢包计数器，释放数据包*/
drop:
      __get_cpu_var(netdev_rx_stat).dropped++;
      local_irq_restore(flags);
      kfree_skb(skb);
      return NET_RX_DROP;
}
从这段代码的分析中，我们可以看到，当数据被接收后，netif_rx的工作，就是取得当前CPU的队列，然后入队，然后返回，然后中断函数现调用它，它再把数据包入队……。当队列接收完成后，netif_rx就调用netif_rx_schedule进一步处理数据包，我们注意到：
1、前面讨论过，采用轮询技术时，同样地，也是调用netif_rx_schedule，把设备自己传递了过去；
2、这里，采用中断方式，传递的是队列中的一个“伪设备”，并且，这个伪设备的poll函数指针，指向了一个叫做process_backlog的函数；
netif_rx_schedule函数完成两件重要的工作：
1、将bakclog_dev设备加入“处理数据包的设备”的链表当中；
2、触发软中断函数，进行数据包接收处理；
这样，我们可以猜想，在软中断函数中，不论是伪设备bakclog_dev，还是真实的设备（如前面讨论过的e100），都会被软中断函数以：dev->poll()的形式调用，对于e100来说，poll函数的接收过程已经分析了，而对于其它所有没有采用轮询技术的网络设备来说，它们将统统调用process_backlog函数（我觉得把它改名为pseudo-poll是否更合适一些^o^）。
OK，我想分析到这里，关于中断处理与轮询技术的差异，已经基本分析开了……
继续来看，netif_rx_schedule进一步调用__netif_rx_schedule：
CODE:
//Try to reschedule poll. Called by irq handler.
static inline void netif_rx_schedule(struct net_device *dev)
{
        if (netif_rx_schedule_prep(dev)) __netif_rx_schedule(dev);
}
CODE:
//Add interface to tail of rx poll list. This assumes that _prep has already been called //and returned 1.
static inline void __netif_rx_schedule(struct net_device *dev)
{
     unsigned long flags;
     local_irq_save(flags);
     dev_hold(dev);
     //伪设备也好，真实的设备也罢，都被加入了队列层的设备列表
     list_add_tail(&dev->poll_list, &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list);
     if(dev->quota < 0)
        dev->quota += dev->weight;
     else
        dev->quota = dev->weight;
        //触发软中断
        __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ);
        local_irq_restore(flags);
}
软中断被触发，注册的net_rx_action函数将被调用：
CODE:
//接收的软中断处理函数
static void net_rx_action(struct softirq_action *h)
{
        struct softnet_data *queue = &__get_cpu_var(softnet_data);
        unsigned long start_time = jiffies;
        int budget = netdev_max_backlog;
        local_irq_disable();       
        /*****************************************************************************
         遍历队列的设备链表，如前所述，__netif_rx_schedule已经执行了list_add_tail(&dev->poll_list, &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list);设备bakclog_dev已经被添加进来了。
         ***************************************************************************/
        while (!list_empty(&queue->poll_list))
{
           struct net_device *dev;
           if (budget <= 0 || jiffies - start_time > 1)   goto softnet_break;
           local_irq_enable();
           //取得链表中的设备
           dev = list_entry(queue->poll_list.next, struct net_device, poll_list);
           netpoll_poll_lock(dev);
           /*************************************************************************
调用设备的poll函数，处理接收数据包，这样，采用轮询技术的网卡，它的真实的poll
函数将被调用，这就回到我们上一节讨论的e100_poll函数去了，而对于采用传统中断
处理的设备，它们调用的，都将是bakclog_dev的process_backlog函数。
*************************************************************************/
if (dev->quota <= 0 || dev->poll(dev, &budget))
{
               netpoll_poll_unlock(dev);
               //处理完成后，把设备从设备链表中删除，又重置于末尾
               local_irq_disable();
               list_del(&dev->poll_list);
               list_add_tail(&dev->poll_list, &queue->poll_list);
               if (dev->quota < 0) dev->quota += dev->weight;
               else                 dev->quota = dev->weight;
            }
else
{
               netpoll_poll_unlock(dev);
               dev_put(dev);
               local_irq_disable();
            }
        }
out:
    local_irq_enable();
    return;
softnet_break:
    __get_cpu_var(netdev_rx_stat).time_squeeze++;
    __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ);
    goto out;
}
对于dev->poll(dev, &budget)的调用，一个真实的poll函数的例子，我们已经分析过了，现在来看process_backlog。
CODE:
static int process_backlog(struct net_device *backlog_dev, int *budget)
{
        int work = 0;
        int quota = min(backlog_dev->quota, *budget);
        struct softnet_data *queue = &__get_cpu_var(softnet_data);
        unsigned long start_time = jiffies;
        backlog_dev->weight = weight_p;
        //在这个循环中，执行出队操作，把数据从队列中取出来，交给netif_receive_skb，直至//队列为空
        for (;;)
{
                struct sk_buff *skb;
                struct net_device *dev;
                local_irq_disable();
                skb = __skb_dequeue(&queue->input_pkt_queue);
                if (!skb) goto job_done;
                local_irq_enable();
                dev = skb->dev;
                netif_receive_skb(skb);
                dev_put(dev);
                work++;
                if (work >= quota || jiffies - start_time > 1) break;
        }
        backlog_dev->quota -= work;
        *budget -= work;
        return -1;
//当队列中的数据包被全部处理后，将执行到这里
job_done:
        backlog_dev->quota -= work;
        *budget -= work;
        list_del(&backlog_dev->poll_list);
        smp_mb__before_clear_bit();
        netif_poll_enable(backlog_dev);
        if (queue->throttle) queue->throttle = 0;
        local_irq_enable();
        return 0;
}
这个函数重要的工作，就是出队，然后调用netif_receive_skb()将数据包交给上层，这与上一节讨论的poll是一样的。这也是为什么，在网卡驱动的编写中，采用中断技术，要调用netif_rx，而采用轮询技术，要调用netif_receive_skb啦！到了这里，就处理完数据包与设备相关的部分了，数据包将进入上层协议栈……