SylixOS网络开发(二)

1.概述

最近调网卡驱动，调的身心俱疲，这里记录一下在调试过程中学习到的网卡驱动相关知识。这个系列文章只关注在SylixOS系统下要让网卡收发数据，需要做什么，会涉及到网络控制器的一些基本硬件知识、驱动和网络协议栈传递数据的方法等等，不会讲具体的一个网卡驱动代码，写这个系列文章的目的就是给网卡驱动初学者一个指南。如果你看完这个系列文章，明白了网卡在数据流上如何和SylixOS协议栈交互的，那么这篇文章就没有白写。好了，不多BB，让我们一起来揭开网卡的神秘面纱~

2. 网络数据收发

2.1 总览

首先来看下在一个系统中网络数据流大致是如何传递的，如下图：

• 在网络的世界中，数据的接收和发送都是以帧为单位的，也就是一帧数据一帧数据的传输，每帧数据的大小可能为几十个字节，也可能是几百字节。
  
• 发送的时候，数据经过两次拷贝由应用层复制到协议栈，再由协议栈复制到DMA缓冲区，然后设置网卡从DMA缓冲区中取数据发送。
• 接收的时候，当网卡收到一帧数据后，将数据保存在DMA缓冲区中，然后通知cpu从缓冲区中取数据处理。cpu将DMA缓冲区中的数据经过两次拷贝之后传送到应用程序。
• 上图是SylixOS中网卡驱动不使用零拷贝的数据流图。

2.2 缓冲区描述符

本小节关注网卡硬件上如何使用DMA缓冲区进行数据的收发。

网卡硬件上通过缓冲区描述符来使用DMA缓冲区，这里讲述一种常见的缓冲区描述符，如下图所示：

• 属性标明描述符的一些基本属性，比如描述符指向的缓冲区是否有有效数据，DMA传输完成后是否产生中断等等。
• 缓冲区地址指向用于存放收发数据的DMA缓冲区，一般都会有字节对齐的要求，比如地址要4字节对齐等等。
• 缓冲区大小用于标明DMA缓冲区中有效数据的大小，以字节为单位。
• 下一个描述符地址很好理解，就是下一个描述符的物理地址，一般初始化的时候会事先确定好有多少个缓冲区描述符，比如256个，然后将这些缓冲区描述符组成一个环链。
• 网卡硬件上收发各有一个环链。

3. 网络驱动和协议栈交互

3.1 概述

网络驱动和协议栈通过两个很重要的数据结构进行交互，struct netdev和struct pbuf。

一个网卡就对应着一个struct netdev，也就是说struct netdev是网卡硬件的抽象。netdev中有两个重要的方法，transmit和receive。当需要发送数据时，协议栈调用transmit方法通知驱动来进行数据发送，当网卡接收到数据时，系统通过receive方法接收数据并通知协议栈进行解析。如下图所示：

网络驱动和协议栈之间传递数据是通过struct pbuf来维护的，struct pbuf中有一个成员是保存帧数据所在的DMA缓冲区地址。也就是说一个pbuf就表示网络上的一帧数据，SylixOS网络协议栈初始化的时候会默认创建1024个pbuf。

3.2 网络任务处理线程

在SylixOS中，有两个线程是专门用来处理网络相关的任务的，分别是t_netjob和t_netproto，如下图所示。

在多核系统上，会看到有两个t_netjob线程，用于并发处理网络任务，前提是驱动要做好并发处理。

• 当网络收发数据完成产生中断后，可以将耗时的处理放入t_netjob中进行排队处理
• t_netproto是网络协议栈线程，专门用来处理网络协议相关的东西