u-boot与linux下网卡MAC地址的更改

前言

①假设有许多开发板，连接到了同一个路由器中，而路由器的dhcpd是根据MAC地址来分配一个固定的IP地址，那么就需要为每一个开发板设定一个不同的MAC地址从而获取不同的IP地址。

②MAC地址是需要购买的（参考点1），在产品出厂之前，都需要给板子一个MAC地址（如果有对应的设备，例如网卡，Wifi）。且这个MAC地址在出厂后，我们并不期望被更改。

下面简述了嵌入式产品中如何保证IP地址不被更改的、以及开发过程或者生产过程如何更改MAC地址。

不被更改的方法

嵌入式中对于期望不被更改的数据，一般都是存放在无法被直接擦除或者修改的存储设备中，例如nand、eMMC、EEPROM、带保护的Nor Flash、甚至是直接写在程序中。这里说的无法被直接修改是相对内存而言的，并不是无法被修改。例如nand在修改之前，一般是需要去保护、擦除。

具体的，对于嵌入式产品而言，一般都是使用u-boot来作为bootloader，u-boot将需要的一些参数放在环境变量中，例如MAC地址就是从环境变量ethaddr中获取的。因此要保证MAC地址能够不被直接修改，那么可以将u-boot中的环境变量放在一个带有保护措施的存储器中，在需要改写的时候去除保护，改写完成后再进行保护。

u-boot启动后，在板极硬件初始化的过程中，会去初始化网卡，并获取MAC地址，这有两种情况：

1. 在初始化的过程中会去读取MAC地址相关的环境变量
2. 也有可能是从网卡芯片中的内置EEPROM获取MAC地址（例如SMC911x，就会有一个EEPROM存储MAC地址，上电后，会将此IP地址加载到用户可以访问的寄存器中）

调用的路径如下，具体详细的关于u-boot中eth driver的说明参考u-boot中的文档doc/drivers.net.eth：

board_init()
eth_initialize()
board_eth_init() / cpu_eth_init()
driver_register()
initialize eth_device
eth_register()

从环境变量ethaddr获取MAC地址的实例

具体到瑞萨的Cortex-A15芯片而言，如果使用的是SoC自带的ether，那么在board_eth_init中会从环境变量中读取ethaddr环境变量，来获取MAC地址。代码文件sh-net.c。

int board_eth_init(bd_t *bis)
{
int ret = -ENODEV;
u32 val;
unsigned char enetaddr[6];

#ifdef CONFIG_SH_ETHER
ret = sh_eth_initialize(bis);
if (!eth_getenv_enetaddr("ethaddr", enetaddr))
return ret;

/* Set Mac address */
val = enetaddr[0] << 24 | enetaddr[1] << 16 |
enetaddr[2] << 8 | enetaddr[3];
writel(val, 0xEE7003C0);

val = enetaddr[4] << 8 | enetaddr[5];
writel(val, 0xEE7003C8);
#endif

return ret;
}

在sh_eth_initialize（瑞萨的一款Cortex-A15 SoC自带的eth）中，会去读取ethaddr环境变量：

int sh_eth_initialize(bd_t *bd)
{
int ret = 0;
struct sh_eth_dev *eth = NULL;
struct eth_device *dev = NULL;

eth = (struct sh_eth_dev *)malloc(sizeof(struct sh_eth_dev));
if (!eth) {
printf(SHETHER_NAME ": %s: malloc failed\n", __func__);
ret = -ENOMEM;
goto err;
}

dev = (struct eth_device *)malloc(sizeof(struct eth_device));
if (!dev) {
printf(SHETHER_NAME ": %s: malloc failed\n", __func__);
ret = -ENOMEM;
goto err;
}
memset(dev, 0, sizeof(struct eth_device));
memset(eth, 0, sizeof(struct sh_eth_dev));

eth->port = CONFIG_SH_ETHER_USE_PORT;
eth->port_info[eth->port].phy_addr = CONFIG_SH_ETHER_PHY_ADDR;

dev->priv = (void *)eth;
dev->iobase = 0;
dev->init = sh_eth_init;
......

sprintf(dev->name, SHETHER_NAME);

/* Register Device to EtherNet subsystem */
eth_register(dev);

bb_miiphy_buses[0].priv = eth;
miiphy_register(dev->name, bb_miiphy_read, bb_miiphy_write);

if (!eth_getenv_enetaddr("ethaddr", dev->enetaddr))
puts("Please set MAC address\n");

return ret;

.....

}

在倒数几行中，使用eth_getenv_ethaddr函数从环境变量ethaddr中获取并设置MAC地址，如果环境变量中不存在此环境变量，那么就会要求你先设置一个。如果设置成功了，那么以后都会从这个环境变量中获取。

从网卡芯片中的EEPROM中获取MAC地址

对于SMC911x(这里使用smc911x与smsc911x，不作区分，一个是实际的名字，一个是代码中使用的名字)芯片而言，在其上电后，会从EEPROM中将MAC地址加载到用户可以访问的MAC地址寄存器中，参考下面的图Figure1：MAC Address Reg中的框图中的Description描述。如果SMC911x没有设置过MAC地址，那么出厂的默认MAC都是FF。

对于SMC911x(smc911x.c代码文件点击此处, smsc911x的datasheet下载点击此处)，u-boot在启动后，smc911x的initialze中会到硬件中获取MAC地址，如果MAC地址全部为FF，那么就会从环境变量中获取，然后在smc911x_init中将此MAC值设置到芯片的MAC地址存储寄存器中，芯片会自动将这个MAC地址写入到EEPROM中，用于下一次的使用。

详细而言，网络控制器芯片SMC911X，使用两个寄存器来保存MAC地址值，这两个寄存器32Bit的，每一个寄存器保存6字节MAC地址的3Byte。需要注意的是这个寄存器是可读可写的：

Figure1：MAC Address Reg

对应的代码实现在drivers/net/smc911x.c中，设置MAC地址的函数为：

static void smc911x_handle_mac_address(struct eth_device *dev)
{
unsigned long addrh, addrl;
uchar *m = dev->enetaddr;

addrl = m[0] | (m[1] << 8) | (m[2] << 16) | (m[3] << 24);
addrh = m[4] | (m[5] << 8);
smc911x_set_mac_csr(dev, ADDRL, addrl);
smc911x_set_mac_csr(dev, ADDRH, addrh);

printf(DRIVERNAME ": MAC %pM\n", m);
}

其中第8-9行，就是设置数据书册中的提到的MAC地址高低寄存器。

不可被覆盖

如果在设置了ethaddr之后，又去设置ethaddr环境变量，那么会出现错误，提示不能重写ethaddr，这样就完成了基本的不可重写的保护：

set ethaddr 2e:09:0a:00:6e:1f
[ 28.372] ## Error: Can't overwrite "ethaddr"
[ 28.373] ## Error inserting "ethaddr" variable, errno=1

更改的方法

MAC地址可以配置的地方有以下2个：

1. u-boot中
2. Linux启动后

u-boot中更改MAC地址

共有两种方法：

1. destroy所有的环境变量：不需要重新编译u-boot，但是如果env写死在代码中，那么就无能为力了
2. 在板极配置头文件(include/configs/xxx.h)中定义CONFIG_ENV_OVERWRITE 后重新编译u-boot：需要重新编译u-boot

销毁env区域来更改

对于第一种方法，因为不同的板子，存放u-boot环境变量的位置也不一样，有可能是nand flash、eMMC、SD Card也有可能是SPI Norflash，因此命令各不相同，但是显然步骤几乎都是一样的：

保存现在的所有env，以免万一哪些项需要的是无法恢复：可以使用pri来查看所有的env

1. 擦除u-boot env区域：使用不同flash的擦除命令来完成
2. 设置default env值：可以使用env default -a
3. 设置MAC地址：setenv ethaddr XX:YY:...
4. 将env存储到env layout区域:：saveenv

重新编译u-boot来更改

如果是代码中直接写死了ethaddr环境变量的值，那么就只能重新编译了：

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \
"baudrate=460800\0" \
"bootm_low=0x40e00000\0" \
"bootm_size=0x100000\0" \
"ethact=smc911x-2\0" \
"ethaddr=2e:09:0a:00:6e:1e\0"

如果代码中没有写死，那么可以在配置文件中添加下面一行来让ethaddr可以被更改：

#define CONFIG_ENV_OVERWRITE 1

linux下更改MAC地址

当系统启动到OS后，要更改MAC地址既可以直接使用命令来更改，也可以在sysV-init脚本中配置。

①对于命令行，可以直接使用busybox中的ifconfig来完成：

busybox ifconfig eth0 hw ether 12:34:56:78:90:af

但是这个更改无法永久性的更改，重启后就又恢复回到原值了，因为ifconfig命令中根本就不会去更改硬件寄存器，或者环境变量，ifconfig中设置hw部分的代码如下：

#if ENABLE_FEATURE_IFCONFIG_HW
} else { /* A_CAST_HOST_COPY_IN_ETHER */
/* This is the "hw" arg case. */
smalluint hw_class = index_in_substrings("ether\0"
IF_FEATURE_HWIB("infiniband\0"), *argv) + 1;
if (!hw_class || !*++argv)
bb_show_usage();
host = *argv;
if (hw_class == 1 ? in_ether(host, &sa) : in_ib(host, &sa))
bb_error_msg_and_die("invalid hw-addr %s", host);
p = (char *) &sa;
}
#endif

②对于使用更改SysV-Init或者systemd等的更改，google中可以找到许多的答案。但是这种方法也无法永久性的更改，因为同样也没有操作硬件。

参考

1. 14.2.14. Where Can I Get a Valid MAC Address from?

如果文章有格式问题，请移步：http://www.hexiongjun.com/?p=228

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