linux以太网驱动总结

工作中涉及linux以太网驱动，涉及代码：drivers/net/ethernet/stmicro/，drivers/net/phy/，进行一下总结。
概要：
1.以太网硬件
2.软件初始化probe, open
3.数据发送过程
4.数据接收过程
5.设备无关层
6.bring up以太网功能
7.传输过程中传输中断的问题

1.以太网硬件
MAC：通常集成在ARM芯片中，功能类似于一个controller，以太网协议层数据传送给MAC，由MAC通过DMA发送到外部接口，外部接口连接着PHY。或者接收从PHY传过来的信号，DMA搬运到内存中存储。
PHY：通常是一个独立芯片，有数字和模拟两部分，也可以集成在ARM芯片内部。负责把从MAC传送过来的数据转换成可以在网线上传输的信号，或者接收网线上传输过来的信号，转换成数字信号回传给MAC。分为百兆PHY和千兆PHY。
PHY配置：自协商模式开启／关闭； 自协商关闭状态下，配置为强制full duplex, half duplex， 强制1000Mbps/100Mbps/10Mbps；WOL开启／关闭。
MAC和PHY之间的接口分为RMII接口（百兆），RGMII接口（千兆）。
RMII接口：

数据传输信号线TX0, TX1， RX0，RX1，clock
控制口：MDC, MDIO
RGMII接口：

数据传输信号线TX0-3， RXD0-3，TX clock, RX clock
控制口：MDC, MDIO
MDC，MDIO用于控制信号的传输，MAC对PHY的读写数据通过MDIO接口传送。
TX，RX，信号线用于数据信号的传输。

2.软件初始化
我们使用的驱动是stmicro驱动，所以基于该驱动代码来介绍
probe
1.读取dts文件中的ethernet配置，读取MAC基地址，rgmii or rmii, 配置寄存器，读取和保存从uboot传过来的MAC地址。
2.alloc，init net_device struct, 注册ops： stmmac_netdev_ops, register net_device. clock enable.
stmmac_hw_init:注册mac ops, dma ops.
dwmac1000_ops， dwmac1000_dma_ops,
3.寻找phy: stmmac_mdio_register
BUS：bus_register(&mdio_bus_type)
driver: driver_register注册phy driver.
device: 读取phy id, phy_device_create, dev.bus = &mdio_bus_type
mdio_bus_type里面有一个match函数，通过phyid来match phy device和phy driver
stmmac_open
ifconfig eth0 up时会调用到ndo_open回调，实际调用stmmac_open
1.stmmac_init_phy, 如果没有匹配上phy driver, 就赋予通用phy driver, 初始化phy, 启动delayed work: phy_state_machine,
2.alloc&init dma descriptor struct array, sk_buff address array (tx, rx)

3.MAC init
dma mode, descriptor base address, set mac address,
4.request_irq, 注册ISR
5.napi_enable, netif_start_queue.

3.数据发送
每填充一个descriptor, cur_tx++, 每回收一个descriptor, dirty_tx++,
如果dirty_tx != cur_tx, 说明有等待dma传送的数据。
调用stmmac_xmit, 注册为ndo_start_xmit的回调函数。

TX 发送完毕回收内存
stmmac_tx_clean，
一次stmmac_tx_clean调用会通过while循环把队列中所有已经完成发送的descriptor全部回收。
stmmac_tx_clean可通过DMA ISR调用，也可以通过timer ISR调用到。

4.数据接收

关于skb
TX端的skb是从上层传送过来的，我们需要把skb->data地址 dma_map_single到 tx descriptor中，发送完成后，再dma_ummap_single, 调用dev_free_skb, 应该是通知上层，这个skb已经处理完毕。
RX端的skb，是在驱动中alloc的，接收的数据填充到skb中，然后通过napi_gro_receive把skb传送到上层
Q：驱动怎么知道传送给上层的skb中的空间已经可以作为下一次传送的空间来覆盖数据？
A：传给上层的skb不会再使用，会重新获取到新的skb.
调试打印函数：通过修改default_msg_level, 设置打印功能。

5.设备无关层
在协议层和设备驱动程序之间，是skb的传递，类似于其他驱动程序中的core层，与具体设备无关。
skb向上传递：

skb向下传递：

6.bring up以太网功能
检查寄存器基地址，寄存器定义，寄存器配置（百兆，千兆，rmii,rgmii，内部，外部phy), pinmux, 检查phy的配置.
probe失败可能原因:
1.MAC reset失败。检查电源，clock。
2.无法读取phy id。检查phy的电源，clock，pinmux.
能正确显示link状态，但是数据不通：
1.检查寄存器配置，pinmux, 主要是rmii, rgmii相关配置
2.检查phy driver是否正确匹配上，phy driver中的phy id与 phy device 中的phy id如果不一致的话，phy driver就匹配不成功，导致phy config函数没有执行到。
7.传输过程中传输中断的问题
tx方向的传输中断。增加每秒运行一次的work queue, 检查在dma队列中是否有待发送的数据（已经交给dma），如果有，记下队列index, 过5秒之后再检查这个待发送的数据是否已发送完成，如果还未完成，认为TX传输中止，reset ethernet.
rx方向的传输中断。每条检查一次，检查phy的状态，如果状态异常，则reset ethernet. 还可以仿照TX方向增加监控和恢复机制。
在reset ethernet时，需要注意kernel panic。 reset过程是，停止TX，RX，释放之前alloc的所有memory, 重新alloc memory, 初始化mac, 初始化phy。出现panic的原因是，驱动代码还在使用已经被释放了的memory。因为已经停止了TX，RX，按道理不会再运行TX，RX部分的代码了。最后发现是tx timer handler里面会操作memory。当停止TX，RX之后， 释放所有memory, 然后tx timer handler触发，操作被释放的memory, 导致panic. 解决方法是，减少tx timer的expire时间，并且在停止TX之后，增加delay, 使tx timer handler完成之后，再释放memory.