嵌入式驱动开发详解21(网络驱动开发)

文章目录

  • 前言
  • 以太网框架
  • ENET 接口简介
    • MAC接口
    • MII \ RMII 接口
    • MDIO 接口
    • RJ45 接口
  • PHY芯片
  • 以太网驱动
  • 驱动挂载
  • wifi模块挂载
  • 后续

前言

linux驱动主要是字符设备驱动、块设备驱动还有网络设备驱动、字符设备驱动在本专栏前面已经详细将解了,网络设备驱动本文会做简要讲解,主要是讲解网络设备里面的以太网,PHY芯片,usb和sdio的wifi驱动挂载注意事项等,对网络内部实现仅仅只做简要介绍。

以太网框架

嵌入式网络硬件分为两部分:MAC 和 PHY,MAC 类似 I2C 控制器、SPI 控制器一样的外设,其外部必须搭配一个 PHY 芯片。

  • 内部无MAC外设
    • 找个外置的 MAC 芯片,一般这种外置的网络芯片都是 MAC+PHY 一体的。比如三星 linux 开发板里面用的最多的 DM9000,DM9000 对 SOC 提供了一个 SRAM 接口,但是此芯片需要进行手动开发网络的协议栈,类似STM32连接网络时所用的lwip。
    • 外置的网络芯片更强大,内部甚至集成了硬件 TCP/IP 协议栈,对外提供一个 SPI 接 口,比如 W5500。一般用于单片机领域,由于内置了硬件 TCP/IP 协议栈,因此不需要移植软件协议栈,直接通过 SPI 来操作 W5500。
    • 让不支持网络的 SOC 能够实现网络功能;网络效率不高,一般芯片内置的 MAC 会有网络加速引擎,比如网络专用 DMA;成本较高,可选择性少。
  • 内部有MAC外设
    在这里插入图片描述
    • 上图是内部MAC,外置PHY芯片和RJ45坐子的连接示意图,关于内部有MAC的详解在接下来的内容中进行介绍。

ENET 接口简介

MAC接口

I.MX6ULL 内核集成了两个 10/100Mbit/S 的网络 MAC,符合 IEEE802.3-2002 标准,MAC 层支持双工、半双工局域网。MAC 可编程、可以作为 NIC 卡或其他一些交换器件。根据 IETF RFC 2819 协议,MAC 实现了 RMON(Remote Network Monitoring)计数功能。MAC 内核拥有硬件加速处理单元来提高网络性能,硬件加速单元用于处理 TCP/IP、UDP、ICMP 等协议。通过 硬件来处理帧头等信息,效果要比用一大堆软件处理要好很多。ENET 外设有一个专用的 DMA, 此 DMA 用于在 ENET 外设和 SOC 之间传输数据,并且支持可编程的增强型的缓冲描述符,用以支持 IEEE 1588

MII \ RMII 接口

内部 MAC 通过 MII/RMII 接口来与外部的 PHY 芯片连接,完成网络数据传输

  • MII接口

    • MII 全称是 Media Independent Interface,直译过来就是介质独立接口,它是 IEEE-802.3 定 义的以太网标准接口
      在这里插入图片描述

    • 前面的引脚含义看名称可以看出来不做解释,RX_DV:接收数据有效,作用类似 TX_EN。 CRS:载波侦听信号。 COL:冲突检测信号。

    • 发送时钟和接收时钟如果网速为100M的话时钟频率为25MHz。

    • MII 接口的缺点就是所需信号线太多,因此引出了RMII接口

  • RMII接口

    • RMII 全称是 Reduced Media Independent Interface,翻译过来就是精简的介质独立接口,也 就是 MII 接口的精简版本。
      在这里插入图片描述
    • REF_CLK:参考时钟,由外部时钟源提供, 频率为 50MHz。这里与 MII 不同,MII 的接收和发送时钟是独立分开的,而且都是由 PHY 芯片提供的。
    • RMII 接口只需要 7 根数据线,相比 MII 直接减少了 9 根,极大的 方便了板子布线
  • 此外还有GMII、RGMII、SMII、SMII 等接口,基本都是大同小异。

MDIO 接口

MDIO 全称是 Management Data Input/Output,直译过来就是管理数据输入输出接口,是一 个简单的两线串行接口,一根 MDIO 数据线,一根 MDC 时钟线。驱动程序可以通过 MDIO 和 MDC 这两根线访问 PHY 芯片的任意一个寄存器。

  • MDIO 接口支持最多可达 32 个 PHY。同一时刻内只能对一个 PHY 进行操作,使用器件地址进行区分
  • 同一 MDIO 接口下的所有 PHY 芯片,其器件地址不能冲突,必须保证唯一

RJ45 接口

在这里插入图片描述

  • 网络设备是通过网线连接起来的,插入网线的叫做 RJ45 座,RJ45 座要与 PHY 芯片连接在一起
  • 中间需要一个网络变压器,网络变压器用于隔离以及滤波等,网络变压器也是一个芯片。
  • 很多 RJ45 座子内部已经集成了网络变压器,内置网络变压器的 RJ45 座和不内置的引脚一样,但是一般不内置的 RJ45 座会短一点。
  • RJ45 座子上一般有两个灯,一个黄色(橙色),一个绿色,绿色亮的话表示网络连接正常,这两个灯由 PHY 芯片控制,PHY 芯片会有两个引 脚来连接 RJ45 座上的这两个灯。

PHY芯片

PHY 芯片寄存器地址空间为 5 位,地 址 0~31 共 32 个寄存器,IEEE 定义了 0~15 这 16 个寄存器的功能,16~31 这 16 个寄存器由厂 商自行实现。

  • 不管你用的哪个厂家的 PHY 芯片,其中 0~15 这 16 个寄存器是一模一 样的,仅靠这 16 个寄存器是完全可以驱动起 PHY 芯片的,至少能保证基本的网络数据通信。
  • 随着现在的 PHY 芯片性能越来越强大,32 个寄存器可能满足不了厂商的需求, 因此很多厂商采用分页技术来扩展寄存器地址空间,以求定义更多的寄存器。(需要 PHY 厂商提供相应的驱动源码)
  • IEEE802.3 协议一共 8 个 SECTION,在 “802.3-2018_SECTION2” 中找到 “22.2.4 Management functions” 章节,此章节对 PHY 的前 16 个寄存器功能进行了规定。

MAC 层通过 MDIO/MDC 总线对 PHY 进行读写操作,MDIO 最多可以控制 32 个 PHY 芯 片,通过不同的 PHY 芯片地址来对不同的 PHY 操作。SR8201F 通过设置 LED0/PHYAD[0]和 LED1/PHYAD[1]这两个引脚来设置其 PHY 地址,因此SR8201F可以同时存在4个芯片连接到MAC上。

在这里插入图片描述

以太网驱动

  • 申请 net_device:编写网络驱动的时候首先要使用 alloc_netdev 函数来申请 net_device,alloc_netdev 的本质是 alloc_netdev_mqs 函数,Linux 内核内核支持的网络接 口有很多,比如光纤分布式数据接口(FDDI)、以太网设备(Ethernet)、红外数据接口(InDA)、高 性能并行接口(HPPI)、CAN 网络等。内核针对不同的网络设备在 alloc_netdev 的基础上提供了 一层封装,比如我们本章讲解的以太网,针对以太网封装的 net_device 申请函数是 alloc_etherdev,alloc_etherdev 最 终 依 靠 的 是 alloc_etherdev_mqs 函数。

    struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs,
    			     	 unsigned int rxqs)
    {
    	return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", NET_NAME_UNKNOWN,
    				ether_setup, txqs, rxqs);
    }
    
    • alloc_netdev_mqs 来申请 net_device,注意这里设置网卡的名字为“eth%d”,这是格式化字符串,大家进入开发板的 linux 系统以后看到的“eth0”、“ eth1”这样的网卡名字就 是从这里来的。
    • 设置了以太网的 setup 函数为 ether_setup,不同的网络设备其 setup 函数不同,比如 CAN 网络里面 setup 函数就是 can_setup。
    • ether_setup 函数会对 net_device 做初步的初始化。
  • 注销网络驱动的时候 需要释 放掉前面 已经申 请到的 net_device ,释放函 数为 free_netdev。

  • 注册 net_device:net_device 申请并初始化完成以后就需要向内核注册 net_device,要用到函数 register_netdev。

  • 注销 net_device 使用函数 unregister_netdev。

  • net_device_ops 结构体:net_device 有个非常重要的成员变量:netdev_ops,为 net_device_ops 结构体指针类型,这 就是网络设备的操作集。net_device_ops 结构体里面都是一些以“ndo_”开头的函数,这些函数就需要网络驱动编写人员 去实现,不需要全部都实现,根据实际驱动情况实现其中一部分即可。

    • ndo_open 函数,打开网络设备的时候此函数会执行,网络驱动程序需要实现此函 数,非常重要!(包含使能网络外设时钟、申请网络所使用的环形缓冲区、初始化 MAC 外设等内容)
    • ndo_stop 函数,关闭网络设备的时候此函数会执行,网络驱动程序也需要实现此函数。(包括停止 PHY、停止 NAPI 功能、停止发送功能等)
    • ndo_start_xmit 函数,当需要发送数据的时候此函数就会执行,此函数有一个参数 为 sk_buff 结构体指针,sk_buff 结构体在 Linux 的网络驱动中非常重要,sk_buff 保存了上层传递给网络驱动层的数据。
    • ……还有很多很重要的函数
  • **sk_buff 结构体 **:网络是分层的,对于应用层而言不用关心具体的底层是如何工作的,只需要按照协议将要 发送或接收的数据打包好即可。打包好以后都通过 dev_queue_xmit 函数将数据发送出去,接收数据的话使用 netif_rx 函数即可

    • dev_queue_xmit 函数
      在这里插入图片描述
    • netif_rx 函数:上层接收数据的话使用 netif_rx 函数,但是最原始的网络数据一般是通过轮询、中断或 NAPI 的方式来接收,关于接收函数主要是以下两个部分,第一个是数据处理部分主要是通过sk_buff实现的,第二个部分是数据接收主要是通过 NAPI 实现的。
      • sk_buff 这个结构体用于管理接收或发送数据包,针对 sk_buff 内核提供了一系列的操作与管理函数。
      • NAPI 的核心思想就是不全部采用中断来读取网络数据,而是采用中断来唤醒数据接收服务程 序,在接收服务程序中采用 POLL 的方法来轮询处理数据。这种方法的好处就是可以提高短数 据包的接收效率,减少中断处理的时间。Linux 内核使用结构体 napi_struct 表示 NAPI,针对 NAPI 内核提供了一系列的操作与管理函数。

驱动挂载

对于驱动的配置与源码分析,篇幅较多,这里大概说一下主要内容包含哪些,具体的还请参考正点原子的教材。

  • 设备树的配置,包含fec部分和子节点mdio部分(此子节点用于指定网络外设所使用的 MDIO 总线, 主要作为 PHY 节点的容器)
  • fec匹配表包含“fsl,imx6ul-fec”,设备树和驱动匹配上,当匹配成功以后 fec_probe 函数就会执行,该函数会实现以太网驱动所提到的所有初始化内容,。
  • MDIO 总线注册:Linux 内核专门为 MDIO 准备一个总线,叫做 MDIO 总线,采用 mii_bus 结构体表示,fec_probe 函数不仅会初始化以太网相关内容也会调用 fec_enet_mii_init 函数完成 MII 接口的初始化,其中就包括初始化 mii_bus 下的 read 和 write 这两个函数。
    在这里插入图片描述
  • PHY驱动:of_mdiobus_register 函数有两个主要的功能,一个是通过 mdiobus_register 函数向 Linux 内核注册 mdio 总线,另一个就是通过 of_mdiobus_register_phy 函数向内核注册 PHY。

wifi模块挂载

wifi模块的加载就是编译内核生成相关的驱动文件,然后配置工具进行wifi连接和测试即可

modprobe 8188eu.ko
ifconfig wlan0 up
iwlist wlan0 sacn
wpa_supplicant -D wext -c /etc/wpa_supplicant.conf -i wlan0 &
udhcpc -i wlan0

后续

网络驱动是一个比较大的方向,仅仅只做了大体的框架分析,如果后期有更深入的需求再详细分析内部实现,这里只是给大家做一个了解。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/942665.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

代码随想录Day37 动态规划:完全背包理论基础,518.零钱兑换II,本周小结动态规划,377. 组合总和 Ⅳ,70. 爬楼梯(进阶版)。

1.完全背包理论基础 思路 完全背包 有N件物品和一个最多能背重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。 完…

软件测试之全链路压测详解

随着业务的快速发展我们日常遇到的系统性能压力问题也逐渐出现,甚至在部分场合会遇到一些突发的营销活动,会导致系统性能突然暴涨,可能导致我们系统的瘫痪。最近几年随着电商的各种促销活动,有一个词也渐渐进入我们眼帘&#xff0…

用于汽车碰撞仿真的 Ansys LS-DYNA

使用 Ansys LS-DYNA 进行汽车碰撞仿真汽车碰撞仿真 简介 汽车碰撞仿真是汽车设计和安全工程的一个关键方面。这些仿真使工程师能够预测车辆在碰撞过程中的行为,从而有助于改进安全功能、增强车辆结构并符合监管标准。Ansys LS-DYNA 是一款广泛用于此类仿真的强大工具…

ES已死,文本检索永生

长期以来,混合查询(Hybrid Search)一直是提升 RAG(Retrieval-Augmented Generation)搜索质量的重要手段。尽管基于密集向量(Dense Embedding)的搜索技术随着模型规模和预训练数据集的不断扩展&a…

43. Three.js案例-绘制100个立方体

43. Three.js案例-绘制100个立方体 实现效果 知识点 WebGLRenderer(WebGL渲染器) WebGLRenderer是Three.js中最常用的渲染器之一,用于将3D场景渲染到网页上。 构造器 WebGLRenderer(parameters : Object) 参数类型描述parametersObject…

YOLO原理讲解

一、YOLO的输入参数介绍 打标签后会生成一系列参数,包含: 置信度、预测框的位置(中心点的位置、高度宽度)、类别(标签1、标签2、标签3......) 二、处理图像和标签 首先YOLO会把图像均分为19*19个格子 &a…

9. zynq应用开发--makefile编译

3. 使用SDK工具 如果只做 Linux 应用开发,只需要一个 sdk.sh 文件即可,可以脱离 Petalinux 和 Vitis,也可以编译其三方的应用,可以说一劳永逸。 配置根文件系统 petalinux-config -c rootfs 编译SDK petalinux-build --sdk Linu…

“鞋履创新工坊”:运动鞋店的新产品设计与管理

3.1 系统可行性分析 开发一款程序软件不仅需要时间,也需要人力,物力资源。而进行可行性分析这个环节就是解决用户这方面的疑问,看看程序在当前的条件下是否可以进行开发。 3.1.1 技术可行性分析 此程序选用的开发语言是Java,这种编…

重温设计模式--6、享元模式

文章目录 享元模式(Flyweight Pattern)概述享元模式的结构C 代码示例1应用场景C示例代码2 享元模式(Flyweight Pattern)概述 定义: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 享元模式是一种结构型设计模式&#xff0…

*(int**)是什么意思

有这样一段连续的内存,int*arr(int*)malloc(20); malloc 开辟了 20 个字节大小的空间,arr 指向这段空间的开头 我们要实现像链表一样的功能,有什么方法呢?(关于为什么要在一段连续的空间上实现像链表一样的功能,这只是…

STM32 SPI读取SD卡

七个响应类型: R1 Response (Normal Response): R1响应是最基本的响应,包含一个字节的状态位,用于指示命令是否成功执行。常用。最高位为0。最低位为1表示是空闲状态。其他位是各种错误提示。 R1b Response (Normal with Busy): 类似于R1&a…

[手机Linux] 七,NextCloud优化设置

安装完成后在个人设置里发现很多警告,一一消除。 只能一条一条解决了。 关于您的设置有一些错误。 1,PHP 内存限制低于建议值 512 MB。 设置php配置文件: /usr/local/php/etc/php.ini 把里面的: memory_limit 128M 根据你自…

使用Excel制作通达信自定义“序列数据“

序列数据的视频教程演示 Excel制作通达信自定义序列数据 1.序列数据的制作方法:删掉没有用的数据(行与列)和股代码格式处理,是和外部数据的制作方法是相同,自己上面看历史博文。只需要判断一下,股代码跟随的…

逆向工程在医疗器械中的应用

关于逆向工程: 逆向设计跟正向设计流程不同,它是对己有产品原型进行分析、改进和再创造的过程。通过先进的数字测量手段反向获取产品的外形数据,然后利用各种造型软件由点云数据重构出该产品的CAD模型。逆向工程的辅助设计建构可以缩短产品的…

Web安全攻防入门教程——hvv行动详解

Web安全攻防入门教程 Web安全攻防是指在Web应用程序的开发、部署和运行过程中,保护Web应用免受攻击和恶意行为的技术与策略。这个领域不仅涉及防御措施的实现,还包括通过渗透测试、漏洞挖掘和模拟攻击来识别潜在的安全问题。 本教程将带你入门Web安全攻防…

rk3588 android12 root

问题说明: 将 andorid12 root 测试情况说明:我在 串口上 实际上 是可以 使用 su root 命令 进入 root 的,但是 使用 root check apk 检测的时候却通不过。 是否解决说明: 已解决 解决问题的逻辑: 就按照 网上的资料…

基于Mysql、JavaScript、PHP、ajax开发的MBTI性格测试网站(前端+后端)

源码地址:https://download.csdn.net/download/2302_79553009/89933699 项目简介 本项目旨在构建一个基于MBTI(迈尔斯-布里格斯性格分类指标)理论的在线平台——“16Personalities”。该平台利用PHP、MySQL、JavaScript等技术栈开发&#x…

数字IC后端设计实现十大精华主题分享

今天小编给大家分享下吾爱IC社区星球上周十大后端精华主题。 Q1:星主,请教个问题,长tree的时候发现这个scan的tree 的skew差不多400p,我高亮了整个tree的schematic,我在想是不是我在这一系列mux前边打断,设置ignore p…

Docker 快速搭建 GBase 8s数据库服务

1.查看Gbase 8s镜像版本 可以去到docker hub网站搜索:gbase8s liaosnet/gbase8s如果无法访问到该网站,可以通过docker search搜索 docker search gbase8s2.拉取Gbase 8s镜像 以下演示的版本是目前官网最新版本Gbase8sV8.8_3.5.1 docker pull liaosn…

大型语言模型(LLMs)演化树 Large Language Models

大型语言模型(LLMs)演化树 Large Language Models flyfish 下面的图来自论文地址 Transformer 模型(如 BERT 和 GPT-3)已经给自然语言处理(NLP)领域带来了革命性的变化。这得益于它们具备并行化能力&…