基于stm32f429的uclinux-W5500网络设备内核驱动

       之前那篇写w5500驱动只是单纯的应用程序驱动，虽然可以实现一定的目的，但是没有充分利用到linux的内核，在一些应用场合就显得不合时宜，于是就进行w5500网络设备内核驱动的学习，幸运的是w5500网络设备驱动的文件是在4.8版本的linux内核中找到，但是与我现在使用的2.6.33版本的内核在有些函数和数据结构等都有一定程度上缺失，为此花了很久的一段时间去修修补补这个驱动C文件，终于修补到了编译无错误的程度了，但也经过一定时间的调试才能达到想要的效果，但是通过这样也学习到linux的网络设备方面的知识
       这里只是对w5500网络设备驱动的一些重要的函数及数据结构做简单的分析与总结
       W5500网络设备驱动主要包括在两个文件：w5500.c和w5500-spi.c
       w5100-spi.c构建spi设备驱动以使用spi接口方式来设置w5500，设置w5500的基本读写函数，w5100.c主要构建linux内核的网络设备驱动，设置网络发送接收skb等函数，注意两者紧密相连，缺一不可！修改内核文件中的Kconfig和makefile文件编译这两个C文件。
基本流程为：

       在w5100-spi.c主要是用spi的方式来设置w5500的读、写函数，通过其中的w5100_spi_probe函数最后转入到w5100.c中的w5100_probe函数，下面重点关注w5100_spi_probe（）这个函数：

int w5100_probe(struct device *dev, const struct w5100_ops *ops,int sizeof_ops_priv, const void *mac_addr, int irq,int link_gpio)

1、 进入这个函数后，首先分配注册网络设备
ndev = alloc_etherdev(alloc_size);
err = register_netdev(ndev);

2、 填充网络设备文件操作结构体
ndev->netdev_ops = &w5100_netdev_ops;

static const struct net_device_ops w5100_netdev_ops = {
.ndo_open = w5100_open,
.ndo_stop = w5100_stop,
.ndo_start_xmit = w5100_start_tx,
.ndo_tx_timeout = w5100_tx_timeout,
.ndo_set_rx_mode = w5100_set_rx_mode,
.ndo_set_mac_address = w5100_set_macaddr,
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,
.ndo_change_mtu = eth_change_mtu,
};
填充网络设备文件操作，open、stop、.ndo_start_xmit等函数，可见网络设备数据发送函数为w5100_start_tx

3、 填充ethtool_ops结构体
ndev->ethtool_ops = &w5100_ethtool_ops;

  static const struct ethtool_ops w5100_ethtool_ops = {
.get_drvinfo        = w5100_get_drvinfo,
.get_msglevel       = w5100_get_msglevel,
.set_msglevel       = w5100_set_msglevel,
.get_link       = w5100_get_link,
.get_regs_len       = w5100_get_regs_len,
.get_regs       = w5100_get_regs,

};
       ethtool_ops成员函数与用户空间ethool工具的各个命令选项对应，ethtool提供了网卡及网卡驱动管理能力，能够为linux网络开发人员和管理人员提供对网卡硬件、驱动程序和网络协议栈的设置、查看以及调试等功能。

4、 netif_napi_add(ndev, &priv->napi, w5100_napi_poll, 16);
       该函数用于初始化一个NAPI，netif_napi_add（）的poll参数是NAPI要调度执行的轮询函数
数据接收流程：

       如果是NAPI兼容的设备驱动，则通过poll方式接收数据包，在这种情况下，我们需要为该设备驱动提供作为netif_napi_add()参数的w5100_napi_poll函数：

static int w5100_napi_poll(struct napi_struct *napi, int budget)
{
          struct w5100_priv *priv = container_of(napi, struct w5100_priv, napi);
    int rx_count;

    for (rx_count = 0; rx_count < budget; rx_count++) {
        struct sk_buff *skb = w5100_rx_skb(priv->ndev); //取得接收skb的数据

        if (skb)
            netif_receive_skb(skb);//分析网络接收缓冲区的数据
        else
            break;
    }

    if (rx_count < budget) {
        napi_complete(napi);//将napi设备从轮询列表中删除
        w5100_enable_intr(priv); //使能中断
    }

    return rx_count;
}

       数据接收的方式是NAPI（New API）,简单来说，NAPI是综合中断方式与轮询方式的技术
其数据接收流程为：
接收中断来临——》关闭接收中断——》以轮询方式接收所有数据包直到收空——》开启接收中断——》接收中断来临

注册中断函数：
err = request_irq(priv->irq, w5100_interrupt,IRQF_TRIGGER_LOW, ndev->name, ndev);
       priv->irq：要申请的硬件中断号
       w5100_interrupt：向系统注册的中断处理函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，ndev参数将被传递给它
       IRQF_TRIGGER_LOW：指定中断触发类型：低电平有效
       ndev->name：设备驱动程序的名称
       ndev：中断名称可作为共享中断时的中断区别参数，也可以用来指定中断服务函数需要参考的数据地址

中断函数：

static irqreturn_t w5100_interrupt(int irq, void *ndev_instance)
{
struct net_device *ndev = ndev_instance;
struct w5100_priv *priv = netdev_priv(ndev);

int ir = w5100_read(priv, W5100_S0_IR(priv));
if (!ir)
return IRQ_NONE;
w5100_write(priv, W5100_S0_IR(priv), ir);

if (ir & S0_IR_SENDOK) {
//      netif_dbg(priv, tx_done, ndev, "tx done\n");
netif_wake_queue(ndev);
}

if (ir & S0_IR_RECV) {
w5100_disable_intr(priv);

if (priv->ops->may_sleep)
queue_work(priv->xfer_wq, &priv->rx_work); //调度执行一个指定workqueue中的任务。输入参数：
@ workqueue_struct：指定的workqueue指针
@work_struct：具体任务对象指针

else if (napi_schedule_prep(&priv->napi)) //检查是否可以进行napi调度
__napi_schedule(&priv->napi);// 在网卡驱动的中断处理函数中调用napi_schedule()来使用NAPI
}

return IRQ_HANDLED;
}

5、 创建网卡工作队列
       priv->xfer_wq = alloc_workqueue(netdev_name(ndev), WQ_MEM_RECLAIM, 0);

添加四个任务到工作队列
       INIT_WORK(&priv->rx_work, w5100_rx_work);
       INIT_WORK(&priv->tx_work, w5100_tx_work);
       INIT_WORK(&priv->setrx_work, w5100_setrx_work);
       INIT_WORK(&priv->restart_work, w5100_restart_work);

       INIT_WORK会在你定义的_work工作队列里面增加一个工作任务，该任务就是_func。_func这个任务会需要一些数据作为参数，这个参数就是通过_data传递的。
⑴w5100_rx_work（）函数：
w5100_rx_skb（）：
①skb = netdev_alloc_skb_ip_align(ndev, rx_len);
       netdev_alloc_skb_ip_align会申请一个sk_buff结构，同时申请存放报文数据的buffer空间，并将他们关联起来
②skb_put(skb, rx_len);
       skb_put()修改指向数据区末尾的指针tail，使之往下移len字节，即使数据区向下扩大len字节，并更新数据区长度len，通常在设备驱动的接收数据处理中会调用此函数。
③skb->protocol = eth_type_trans(skb, ndev);
       Linux kernel使用eth_type_trans来判断数据帧的类型，及协议类型

w5100_enable_intr(priv)：使能中断

⑵w5100_tx_work()函数：w5100_tx_skb，发送写入skb的函数，最后dev_kfree_skb(skb)释放套接字缓冲区。

⑶w5100_setrx_work(struct work_struct *work)
       w5100_hw_start(priv)：w5500硬件启动
       u8 mode = S0_MR_MACRAW;//将w5500设置为原始套接字，此处关键！

⑷w5100_restart_work
       w5100_restart：
①netif_stop_queue(ndev)：
       调用linux内核提供的netif_stop_queue（）函数，停止设备传输包。
②w5100_hw_reset(priv);
        函数内对w5500设置mac地址，进行socket0的初始化
③netif_wake_queue(ndev);
        当忙于发送的数据包被发送完成后，在以TX结束的中断处理中，应该调用netif_wake_queue(ndev)唤醒被阻塞的上层，以启动它继续向网络设备驱动传送数据包。

6、 数据发送函数
w5100_netdev_ops函数中.ndo_start_xmit = w5100_start_tx,所以w5100_start_tx（）为网卡数据发送函数

static int w5100_start_tx(struct sk_buff *skb, struct net_device *ndev)
{
    struct w5100_priv *priv = netdev_priv(ndev);

    netif_stop_queue(ndev);// 停止设备传输包

    if (priv->ops->may_sleep) {
        WARN_ON(priv->tx_skb);
        priv->tx_skb = skb;
        queue_work(priv->xfer_wq, &priv->tx_work);//开启数据发送工作任务
    } else {
        w5100_tx_skb(ndev, skb);
    }

    return NETDEV_TX_OK;
}

static void w5100_tx_skb(struct net_device *ndev, struct sk_buff *skb)
{
    struct w5100_priv *priv = netdev_priv(ndev);
    u16 offset;

    offset = w5100_read16(priv, W5100_S0_TX_WR(priv));//读w5500的socket0发送缓冲区偏移
    w5100_writebuf(priv, offset, skb->data, skb->len);
    w5100_write16(priv, W5100_S0_TX_WR(priv), offset + skb->len);//写数据到w5500
    ndev->stats.tx_bytes += skb->len;
    ndev->stats.tx_packets++; //记录发包数量
    dev_kfree_skb(skb);

    w5100_command(priv, S0_CR_SEND);
}

最后运行的效果：

       设置w5500网卡ip地址为192.168.1.88，用电脑主机去ping，可以ping通，若在linux内核中加了tcp/ip协议栈的话，则可以与电脑主机服务器进行tcp和udp连接，但是这样却没有使用w5500原本自带的硬件tcp/ip协议栈，而是直接绕过去了，我们注意到的是w5500的网络设备驱动程序是设置为原始套接字的形式，所以以后要关注的原始套接字在网络协议中的传输！！