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Freescale i.MX6 Linux Ethernet Driver驱动源码分析(一)

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vigous1|  楼主 | 2015-2-14 21:48 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  最近需要在Freescale i.MX6上移植Ethernet AVB的内核patch,Ethernet AVB的Wiki:http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_Video_Bridging,而Freescale原来已经在kernel 3.0.35 LTIB 4.0.0的基础上提供了patch:https://community.freescale.com/docs/DOC-95578,现在需要做的是把kernel 3.0.35上的patch移植到yocto kernel-3.10.17_ga上,第一次听上去就感觉像是代码的复制粘贴,不过首要的问题是Ethernet Driver都没有看过,还谈何移植,所以索性把Ethernet Driver也学习一遍,Google了一段时间,找到了几份不错的学习资料,特此共享之:http://free-electrons.com/doc/network-drivers-lab.pdf
《Linux network driver development Training lab book》个人认为最经典的学习资料,从无到有地讲述了网卡驱动的编写过程,基于Atmel的MPU的Ethernet Controller。
http://lwn.net/images/pdf/LDD3/ch17.pdf
《LDD3》的第17章节专门讲述了network driver,不过这里面着重介绍了一些技术细节,适合当工具书来看。
http://free-electrons.com/training/kernel/
这个页面是偶然找到的,不过对free-electrons印象一直不错,所以强烈推荐,这是专门讲内核与驱动开发的材料。
那几天我硬着头皮把《Linux network driver development Training lab book》看完了,后来又看了两遍,对Linux Ethernet Driver有了比较整体的认识,接下来的工作就是理解i.MX6 3.0.35内核的驱动源码。
这里不得不称赞的是,Freescale的驱动有相应的《i.MX 6Dual/6Quad Linux Reference
Manual》文档可以从官网上下到,它会给你一些简要的介绍。这对于很多初学者来说还是非常友好的。首先找到源码的位置:drviers/net/fec.c对应还有一个fec.h作头文件,同时现在大多数的MPU还集成了支持FEC1588的硬件控制器,从硬件上支持一些对时间有要求的应用,比如Ethernet AVB等等。这里以3.0.35内核目前最新release的LTIB 4.1.0环境的内核为参考。
        首先是驱动程序入口:

static int __init
fec_enet_module_init(void)
{
        printk(KERN_INFO "FEC Ethernet Driver\n");

        return platform_driver_register(&fec_driver);
}

static void __exit
fec_enet_cleanup(void)
{
        platform_driver_unregister(&fec_driver);
}

module_exit(fec_enet_cleanup);
module_init(fec_enet_module_init);

MODULE_LICENSE("GPL");


现在看到printk后面那个KERN_INFO一点都不觉得别扭,当初还被坑了。
printk有8个loglevel,定义在<linux/kernel.h>中,其中数值范围从0到7,数值越小,优先级越高。
#define    KERN_EMERG      "<0>"      
#define    KERN_ALERT       "<1>"
#define    KERN_CRIT "<2>"      
#define    KERN_ERR    "<3>"      
#define    KERN_WARNING "<4>"      
#define    KERN_NOTICE     "<5>"      
#define    KERN_INFO "<6>"      
#define    KERN_DEBUG      "<7>"      
默认在Ubuntu rootfs下,优先级大于4才会显示出来,没有指定日志级别的printk语句默认采用的级别是 DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL(这个默认情况下是4,具体的解释见http://blog.sina.com.cn/s/blog_636a55070101i6sr.html)所以如果不设置优先级的情况下,在中断上是看不到printk打印的语句的,不过在dmesg中可以看到,当然也可以echo 8 > /proc/sys/kernel/printk来修改默认输出的最低优先级。



static int fec_mac_addr_setup(char *mac_addr)
{
        char *ptr, *p = mac_addr;
        unsigned long tmp;
        int i = 0, ret = 0;

        while (p && (*p) && i < 6) {
                ptr = strchr(p, ':');
                if (ptr)
                        *ptr++ = '\0';

                if (strlen(p)) {
                        ret = strict_strtoul(p, 16, &tmp);
                        if (ret < 0 || tmp > 0xff)
                                break;
                        macaddr[i = tmp;
                }
                p = ptr;
        }

        return 0;
}

__setup("fec_mac=", fec_mac_addr_setup);


这里的__setup是用来从uboot传给内核的启动参数中捕获fec_mac(即mac地址)参数,并将该参数传递给fec_mac_addr_setup(char *mac_addr)函数进行解析。具体内核参数解析的细节与内幕可以参考《Embedded Linux Primer: A Practical Real-World Approach》Christopher Hallinan (译本《嵌入式Linux基础教程》)。

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沙发
vigous1|  楼主 | 2015-2-14 21:50 | 只看该作者
接下来是fec_driver结构体:

static struct platform_driver fec_driver = {        .driver        = {                .name        = DRIVER_NAME,                .owner        = THIS_MODULE,#ifdef CONFIG_PM                .pm        = &fec_pm_ops,#endif        },        .id_table = fec_devtype,        .probe        = fec_probe,        .remove        = __devexit_p(fec_drv_remove),};


这里出了比较常见的.name,.owner,.probe,.remove以外,还多了.pm(power management)结构体。这里关于__devexit_p宏我不得不插嘴,每次都能见到类似地,但是从来没有想过到底有什么用,它定义在include/linux/init.h中:

/* Functions marked as __devexit may be discarded at kernel link time, depending   on config options.  Newer versions of binutils detect references from   retained sections to discarded sections and flag an error.  Pointers to   __devexit functions must use __devexit_p(function_name), the wrapper will   insert either the function_name or NULL, depending on the config options. */#if defined(MODULE) || defined(CONFIG_HOTPLUG)#define __devexit_p(x) x#else#define __devexit_p(x) NULL#endif



看完这一段应该不用我解释了,接下来要讲.id_table字段。指针指向的结构体如下:

static struct platform_device_id fec_devtype[] = {
        {
                .name = "enet",
                .driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,
        },
        {
                .name = "fec",
                .driver_data = 0,
        },
        {
                .name = "imx28-fec",
                .driver_data = FEC_QUIRK_ENET_MAC | FEC_QUIRK_SWAP_FRAME |
                                FEC_QUIRK_BUG_TKT168103,
        },
        { }
};


这里的fec_devtype[]数组主要是用来进行device与driver的匹配,在2.6模型中很重要的改进就是设备模型。默认情况下是以device的名字和driver的名字相同即匹配成功,但真正platform bus的匹配函数在drivers/base/platform.c中定义,首先可以看到platform_bus_type是bus_type的实例化。其中的.match函数即是用来匹配的:

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv){        struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);        struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);        /* Attempt an OF style match first */        if (of_driver_match_device(dev, drv))                return 1;        /* Then try to match against the id table */        if (pdrv->id_table)                return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;        /* fall-back to driver name match */        return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);}


可以看到匹配有三个条件:
1)如果内核开启了设备树支持的话优先匹配设备树,这种情况下,内核会寻找.driver 中的.of_match_table匹配表是否与设备树中设备结点的.compatible值相同,是则匹配成功。
2)使用驱动中的.id_table列表匹配,在id_table数组中寻找与device的名字相匹配的成员。
3)最后单纯地比较device的名字和driver的名字是否相同,是则匹配成功返回。


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板凳
vigous1|  楼主 | 2015-2-14 21:51 | 只看该作者
看完driver看device,接下来看看板级信息是在哪里添加的吧(我找的比较纠结)。
在arch/arm/mach-mx6/board-mx6q_sabresd.c文件中的mx6_sabresd_board_init()函数中,可以找到imx6_init_fec(fec_data);这一行代码即为添加以太网device的代码。而mx6_sabresd_board_init函数在MACHINE_START()函数中被初始化:

/*
* initialize __mach_desc_MX6Q_SABRESD data structure.
*/
MACHINE_START(MX6Q_SABRESD, "Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board")
        /* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc. */
        .boot_params = MX6_PHYS_OFFSET + 0x100,
        .fixup = fixup_mxc_board,
        .map_io = mx6_map_io,
        .init_irq = mx6_init_irq,
        .init_machine = mx6_sabresd_board_init,
        .timer = &mx6_sabresd_timer,
        .reserve = mx6q_sabresd_reserve,
MACHINE_END


ARM启动初始化部分的代码以后有时间再慢慢分析,这里主要是针对Sabre-SD Board进行初始化,调用一系列函数。下面分析imx6_init_fec(fec_data);
定义在arch/arm/mach-mx6/mx6_fec.c

void __init imx6_init_fec(struct fec_platform_data fec_data)
{
        fec_get_mac_addr(fec_data.mac);
        if (!is_valid_ether_addr(fec_data.mac))
                random_ether_addr(fec_data.mac);

        if (cpu_is_mx6sl())
                imx6sl_add_fec(&fec_data);
        else
                imx6q_add_fec(&fec_data);
}


这里struct fec_platform_data fec_data是设备的私有数据,定义在include/linux/fec.h:

struct fec_platform_data {
        int (*init) (struct phy_device *);
        int (*power_hibernate) (struct phy_device *);
        phy_interface_t phy;
        unsigned char mac[ETH_ALEN];
        int gpio_irq;
};


而这里的fec_data是已经在arch/arm/mach-mx6/board-mx6q_sabresd.c静态初始化好的:

static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {
        .init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,
        .phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,
        .gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};

可以看到imx6_init_fec()最后是执行imx6q_add_fec(&fec_data)添加设备,定义在arch/arm/mach-mx6/devices-imx6q.h:

extern const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst;
#define imx6q_add_fec(pdata)        \
        imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata)

这里引用了外部的imx6q_fec_data,定义在arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c:

#ifdef CONFIG_SOC_IMX6Q
const struct imx_fec_data imx6q_fec_data __initconst =
        imx_fec_data_entry_single(MX6Q, "enet");

const struct imx_fec_data imx6sl_fec_data __initconst =
        imx_fec_data_entry_single(MX6DL, "fec");
#endif


看到“enet”字段就知道离最终代码不远了,而imx_fec_data_entry_single同样定义在该文件内:

#define imx_fec_data_entry_single(soc, _devid)                                \
        {                                                                \
                .iobase = soc ## _FEC_BASE_ADDR,                        \
                .irq = soc ## _INT_FEC,                                        \
                .devid = _devid,                                        \
        }


这里的连续两个井号##用于把前后的字母连接起来组成一个变量名,井号左右的空格会被忽略。因此上面的定义展开以后就是
#define imx_fec_data_entry_single(MX6Q, "enet")
        {
                .iobase = MX6Q_FEC_BASE_ADDR,
                .irq = MX6Q_INT_FEC,
                .devid = "enet",
        }
这两个宏可以在arch/arm/plat-mxc/include/mach/mx6.h中找到它们具体的值。

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地板
vigous1|  楼主 | 2015-2-14 21:52 | 只看该作者
下面继续分析imx_add_fec(&imx6q_fec_data, pdata),定义在arch/arm/plat-mxc/devices/platform-fec.c中:

struct platform_device *__init imx_add_fec(
                const struct imx_fec_data *data,
                const struct fec_platform_data *pdata)
{
        struct resource res[] = {
                {
                        .start = data->iobase,
                        .end = data->iobase + SZ_4K - 1,
                        .flags = IORESOURCE_MEM,
                }, {
                        .start = data->irq,
                        .end = data->irq,
                        .flags = IORESOURCE_IRQ,
                },
        };

        if (!fuse_dev_is_available(MXC_DEV_ENET))
                return ERR_PTR(-ENODEV);

        return imx_add_platform_device_dmamask(data->devid, 0,
                        res, ARRAY_SIZE(res),
                        pdata, sizeof(*pdata), DMA_BIT_MASK(32));
}


可以看到imx_fec_data的值最终都被传递给了resource结构体,然后通过imx_add_platform_device_dmamask()函数来将resource和额外的pdata数据添加到device中,最后在driver中获取device的这些信息。
分析完device的添加与driver的加载之后就到了probe入口函数:
static int __devinit fec_probe(struct platform_device *pdev)

这个函数主要做的事情就是初始化,首先是获取之前在设备中添加的resource属性,然后再申请该段内存空间的占用:

r = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
if (!r)
        return -ENXIO;

r = request_mem_region(r->start, resource_size(r), pdev->name);
if (!r)
        return -EBUSY;


下面调用内核提供的api函数alloc_etherdev()初始化网络设备,传入的参数是driver的私有数据尺寸,用于额外分配driver的私有数据。

/* Init network device */
ndev = alloc_etherdev(sizeof(struct fec_enet_private));
if (!ndev) {
        ret = -ENOMEM;
        goto failed_alloc_etherdev;
}





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5
vigous1|  楼主 | 2015-2-14 21:53 | 只看该作者
接下来告诉内核我们的设备属于网络设备,由于netdevice不属于char或者block设备,因此不能用常规的驱动方法来设计:

SET_NETDEV_DEV(ndev, &pdev->dev);

定义如下:

/* Set the sysfs physical device reference for the network logical device
* if set prior to registration will cause a symlink during initialization.
*/
#define SET_NETDEV_DEV(net, pdev)        ((net)->dev.parent = (pdev))       




分配完netdevice以后,通过下面的函数获取指向分配的私有数据的指针。

/* setup board info structure */
fep = netdev_priv(ndev);



下面用ioremap映射,建立内核到寄存器物理地址的页表,以及给platform_device指针赋值。

fep->hwp = ioremap(r->start, resource_size(r));
fep->pdev = pdev;


if (!fep->hwp) {
        ret = -ENOMEM;
        goto failed_ioremap;
}


接着设置platform driver的私有数据

platform_set_drvdata(pdev, ndev);


这里其实最终是作了pdev->dev->p->driver_data = ndev的指针指向。
然后是接收之前在mach-mx6文件夹下静态添加device的platform_data:

pdata = pdev->dev.platform_data;

接着是对pdata的数据进行解析:

if (pdata)
        fep->phy_interface = pdata->phy;



这里的phy是用来判断MAC层和以太网物理层的接口的,这里MX6Q的接口是PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,也就是RGMII,千兆以太网接口。然后是获取以太网控制器对应的中断号:

if (pdata->gpio_irq > 0) {        gpio_request(pdata->gpio_irq, "gpio_enet_irq");        gpio_direction_input(pdata->gpio_irq);        irq = gpio_to_irq(pdata->gpio_irq);        ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,                        IRQF_TRIGGER_RISING,                         pdev->name, ndev);        if (ret)                goto failed_irq;} else {        /* This device has up to three irqs on some platforms */        for (i = 0; i < 3; i++) {                irq = platform_get_irq(pdev, i);                if (i && irq < 0)                        break;                ret = request_irq(irq, fec_enet_interrupt,                                IRQF_DISABLED, pdev->name, ndev);                if (ret) {                        while (--i >= 0) {                                irq = platform_get_irq(pdev, i);                                free_irq(irq, ndev);                        }                        goto failed_irq;                }        }}


这里用于判断Ethernet的中断使用gpio边沿出发的中断还是从platform device的resource传过来的中断号。之前已经看到传递给driver的私有数据fec_data已经被静态地初始化为


static struct fec_platform_data fec_data __initdata = {
        .init = mx6q_sabresd_fec_phy_init,
        .phy = PHY_INTERFACE_MODE_RGMII,
        .gpio_irq = MX6_ENET_IRQ,
};


这里MX6_ENET_IRQ的值是6,但是在添加私有数据前可以找到下面这句话,

if (enet_to_gpio_6)
                /* Make sure the IOMUX_OBSRV_MUX1 is set to ENET_IRQ. */
        mxc_iomux_set_specialbits_register(
                IOMUX_OBSRV_MUX1_OFFSET,
                OBSRV_MUX1_ENET_IRQ,
                OBSRV_MUX1_MASK);
else
        fec_data.gpio_irq = -1;
imx6_init_fec(fec_data);





用来判断是否对fec_data的gpio_irq字段赋值-1,而enet_to_gpio_6是一个全局变量,定义在arch/arm/mach-mx6/cpu.c中,默认为0,同样在该c文件中可以找到下面这段代码:

static int __init set_enet_irq_to_gpio(char *p)
{
        enet_to_gpio_6 = true;
        return 0;
}


early_param("enet_gpio_6", set_enet_irq_to_gpio);



early_param用来解析uboot传递给内核的参数,只有当参数中出现“enet_gpio_6”字段时,才会调用set_enet_irq_to_gpio,那么实际上是否调用是取决于运行时uboot的配置,默认情况下MX6Q的uboot是不带有这个参数,因此实际执行时,gpio_irq = -1。所以上面的if(pdata->gpio_irq > 0) {}不会执行,而是执行else分支,即实际从platform device的resource参数传递的信息中获取irq号,从前面的分析可以知道IRQ号被定义成宏MX6Q_INT_FEC,即150号中断,而具体irq的初始化过程有时间我再写一篇**分析一下吧。对应的中断注册函数是fec_enet_interrupt()。
中断处理完了之后就到了时钟了,linux内核有一组专门的clock api用来处理时钟,简单点来说就只要知道首先clk_get()然后再clk_enable()就可以了,driver remove的时候反之即clk_disable()再clk_put()
,具体的时钟框架我有时间再写一篇**分析一下,现在linux定义了一套全新的CCF框架(Common Clock Framework),资料也大多数为英文。

fep->clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_clk");
if (IS_ERR(fep->clk)) {
        ret = PTR_ERR(fep->clk);
        goto failed_clk;
}
fep->mdc_clk = clk_get(&pdev->dev, "fec_mdc_clk");
if (IS_ERR(fep->mdc_clk)) {
        ret = PTR_ERR(fep->mdc_clk);
        goto failed_clk;
}
clk_enable(fep->clk);


这里fec_clk指的是Ethernet控制器的clock,而fec_mdc_clk指的是MAC层与物理层接口MDIO的Clock。紧接着就到了MAC层的初始化函数:

ret = fec_enet_init(ndev);
if (ret)
        goto failed_init;


再接着就是MAC层与物理层接口的初始化函数:

ret = fec_enet_mii_init(pdev);
if (ret)
        goto failed_mii_init;





再接着就是对IEEE 1588 时钟同步协议的初始化:
if (fec_ptp_malloc_priv(&(fep->ptp_priv))) {
        if (fep->ptp_priv) {
                fep->ptp_priv->hwp = fep->hwp;
                ret = fec_ptp_init(fep->ptp_priv, pdev->id);
                if (ret)
                        printk(KERN_WARNING "IEEE1588: ptp-timer is unavailable\n");
                else
                        fep->ptimer_present = 1;
        } else
                printk(KERN_ERR "IEEE1588: failed to malloc memory\n");
}


然后把内核网络层的传输队列关闭(即禁止发送),关闭时钟,等一些列辅助操作:

/* Carrier starts down, phylib will bring it up */
netif_carrier_off(ndev);
clk_disable(fep->clk);


INIT_DELAYED_WORK(&fep->fixup_trigger_tx, fixup_trigger_tx_func);


最后也是最重要步骤,即向内核注册之前分配的net_device:

ret = register_netdev(ndev);
if (ret)
        goto failed_register;


接下来将要详细讲述MAC层,物理层接口以及1588协议支持的代码。


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6
ferenc2| | 2015-6-30 16:56 | 只看该作者
很不错,收藏了,谢谢楼主

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7
hbchf| | 2015-6-30 18:51 | 只看该作者

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8
yhuang123456| | 2015-11-13 14:26 | 只看该作者
楼主,你好!
我公司现在和博通和奇瑞合作开发高清环视系统,采用博通的AVB芯片,系统采用Freescal iMax6 四核。现在需要开发AVB驱动
具体要求为:
To compliance to automotive Ethernet AVB standard, the streaming must be 1722;
To compliance to automotive Ethernet AVB standard, the sys-time needs to follow PTP mechanism;
有没有兴趣参与?如果有,形式和报酬可以进一步商定。请发邮件:yipping.huang@3dsolartech.com进一步联系。谢谢

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