初始化 当编译完我们的程序后，把生成的目标文件加载到内核中去。先 ifconfig eth0 down和rmmod 8139too卸载正在使用的网卡驱动，然后insmod 8139too.o把我们的驱动加载进去（8139too.o是我们编译生成的目标文件）。

模块首先的函数是 module_init(rtl8139_init_module); 在我们的程序中，rtl8139_init_module（）在insmod之后首先执行，代码如下：

static int __init rtl8139_init_module (void)

{

return pci_module_init (&rtl8139_pci_driver);

}

它调用了pci_module_init（），这个函数在Linux/drivers/net/eepro100.c中，把 rtl8139_pci_driver（这个结构是在我们的驱动代码里定义的，它是驱动程序和PCI设备联系的纽带）的地址作为参数传给了它。 rtl8139_pci_driver定义如下：

static struct pci_driver rtl8139_pci_driver = {

name: MODNAME,

id_table: rtl8139_pci_tbl,

probe: rtl8139_init_one,

remove: rtl8139_remove_one,

};

pci_module_init（）是Linux内核提供给模块的一个标准接口，里面调用了pci_register_driver（），这个函数代码在Linux/drivers/pci/pci.c 中，pci_register_driver做了三件事情。

①是把带过来的参数rtl8139_pci_driver在内核中注册。内核中有一个PCI设备的大链表，这里把这个PCI驱动挂到里面。

②是查看总线上所有PCI设备（网卡设备属于PCI设备的一种）的配置空间，如果发现标识信息与rtl8139_pci_driver中的id_table相同，即rtl8139_pci_tbl，它的定义如下：

static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[ ] __devinitdata = {

{0x10ec, 0x8129, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, 1},

{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x10ec, 0x8139, 0, 0,0 },

{0,}

};

就说明这个驱动程序就是用来驱动这个设备的，于是调用rtl8139_pci_driver中的probe函数即 rtl8139_init_one,这个函数是我们的驱动程序定义的，用来初始化整个设备和做一些准备工作。

pci_device_id是内核定义的用来辨别不同PCI设备的一个结构，例如在上面0x10ec代表Realtek公司，我们扫描PCI设备配置空间如果发现Realtek公司制造的设备、设备号等都对上了，说明这个驱动是可以为这个设备服务的。

③是把这个rtl8139_pci_driver结构挂在这个设备的数据结构（pci_dev）上，表示这个设备从此就有了自己的驱动了。而驱动也找到了它服务的对象。

PCI是总线标准，PCI总线上的设备在内核中抽象为一个数据结构pci_dev,它描述了一个PCI设备的所有的特性。

PCI设备都遵守PCI标准，每个PCI设备都有一段寄存器存储着配置空间，比如第一个寄存器是生产商号码，如Realtek就是10ec，而Intel则是另一个数字，这些都是商家向标准组织申请的。网卡同时集成能控制网卡工作的寄存器。Linux把这些寄存器映射到主存虚拟空间，CPU 访存指令就可以访问到这些处于外设中的控制寄存器。

总之，PCI设备包括两类空间，一个是配置空间，它是操作系统或BIOS控制外设的统一格式的空间，CPU指令不能访问，Linux访问配置空间的函数是通过CPU指令驱使BIOS完成读写的；另一类是控制寄存器空间，这一部分映射完后CPU可以访问来控制设备工作。

pci_register_driver如果找到相关设备和我们的pci_device_id结构数组对上号了，说明我们找到服务对象了，则调用rtl8139_init_one,它主要做了七件事：

① 建立net_device结构，让它在内核中代表这个网络设备。

pci_dev也代表这个设备。网卡设备既要遵循PCI规范，也要担负起网卡的职责，于是就分了两块，pci_dev用来负责网卡的PCI规范，net_device则是负责网卡的网络设备职责。

dev = init_etherdev (NULL, sizeof (*tp));

if (dev == NULL) {

printk ("unable to alloc new ethernet\n");

return -ENOMEM;

}

tp = dev->priv;

init_etherdev函数在Linux/drivers/net/net_init.c中，这个函数中分配了net_device的内存并进行了初步的初始化。net_device中的一个成员priv代表不同网卡的私有数据，比如Intel的网卡和Realtek 的网卡在内核中都是以net_device来代表。但是他们是有区别的，比如Intel和Realtek实现同一功能的方法不一样，这些都靠priv 体现。分配内存时，net_device中除了priv以外的成员都是固定的，而priv的大小是任意的，所以分配时要把priv的大小传过去。

②开启这个设备（其实是开启了设备的寄存器映射到内存的功能）

rc = pci_enable_device (pdev);

if (rc)

goto err_out;

pci_enable_device也是一个内核接口，代码在drivers/pci/pci.c中。这个函数把 PCI配置空间的Command域的0位和1位置成了1，达到开启设备的目的，因为rtl8139的官方datasheet中，说明了这两位的作用就是开启内存映射和I/O映射，如果不开的话，把控制寄存器空间映射到内存空间的这一功能就被屏蔽了，此外，pci_enable_device还做了些中断开启工作。

③获得各项资源

mmio_start = pci_resource_start (pdev, 1);

mmio_end = pci_resource_end (pdev, 1);

mmio_flags = pci_resource_flags (pdev, 1);

mmio_len = pci_resource_len (pdev, 1);

在硬件加电初始化时，BIOS固件同一检查了所有的PCI 设备，并统一为他们分配了一个和其他互不冲突的地址，让他们的驱动程序可以向这些地址映射他们的寄存器，这些地址被BIOS写进了各个设备的配置空间，因为这个活动是一个PCI的标准的活动，所以自然写到各个设备的配置空间里而不是他们风格各异的控制寄存器空间里。当然只有BIOS可以访问配置空间。当操作系统初始化时，他为每个PCI设备分配了pci_dev结构，并且把BIOS获得的并写到了配置空间中的地址读出来写到了pci_dev中的 resource字段中。以后我们读这些地址就不需要再访问配置空间了，直接从pci_dev要就可以了，我们这里的四个函数就是直接从 pci_dev读出了相关数据，代码在include/linux/pci.h中。定义如下：

#define pci_resource_start(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].start)

#define pci_resource_end(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].end)

每个PCI设备有0-5共6个地址空间，我们通常只使用前两个，这里我们把参数1传给了bar就是使用内存映射的地址空间。

④把得到的地址进行映射

ioaddr = ioremap (mmio_start, mmio_len);

if (ioaddr == NULL) {

printk ("cannot remap MMIO, aborting\n");

rc = -EIO;

goto err_out_free_res;

}

ioremap是内核提供的用来映射外设寄存器到主存的函数，我们要映射的地址已经从pci_dev中读了出来，这样就不会和其他地址有冲突。比如网卡有100个寄存器，他们都是连在一块的，位置是固定的，假如每个寄存器占 4个字节，那么一共400个字节的空间被映射到内存成功后，ioaddr就是这段地址的开头（ioaddr是虚拟地址，而mmio_start是物理地址，它是BIOS得到的。保护模式下CPU不认物理地址，只认虚拟地址），ioaddr+0就是第一个寄存器的地址，ioaddr+4就是第二个寄存器地址，以此类推，我们就能够在内存中访问到所有的寄存器进而操控它们了。

<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->

<!--[endif]-->

⑤重启网卡设备

重启网卡设备是初始化网卡设备的一个重要部分，就是向寄存器写入命令（这里写寄存器，而不是配置空间，因为跟PCI没有什么关系），代码如下：

writeb ((readb(ioaddr+ChipCmd) & ChipCmdClear) | CmdReset,ioaddr+ChipCmd);

ioaddr+ChipCmd，ChipCmd是一个位移，使地址刚好对应ChipCmd寄存器，可以查阅官方 datasheet得到这个位移量，我们在程序中定义的这个值为：ChipCmd = 0x37；与datasheet是吻合的。我们把这个命令寄存器中相应位（RESET）置1就可以完成操作。

⑥获得MAC地址，并把它存储到net_device中。

for(i = 0; i < 6; i++) {

dev->dev_addr[i] = readb(ioaddr+i);

dev->broadcast[i] = 0xff;

}

读的地址是ioaddr+0到ioaddr+5，查看官方datasheet寄存器地址空间的开头6个字节正好存的是这个网卡设备的MAC地址，MAC地址是网络中标识网卡的物理地址，这个地址在收发数据包时用。

⑦向net_device中登记一些主要的函数

dev->open = rtl8139_open;

dev->hard_start_xmit = rtl8139_start_xmit;

dev->stop = rtl8139_close;

dev（net_device）代表设备，把这些函数注册完后，rtl8139_open就是用于打开这个设备，rtl8139_start_xmit就是当应用程序要通过这个设备往外面发数据时被调用，（实际上这个函数在网络协议层中调用，涉及 Linux网络协议栈）。rtl8139_close用来关掉这个设备。

激活 初始化之后，通过ifconfig eth0 up命令激活，实现对已注册的rtl8139_open的调用。这个函数主要做了三件事。

①注册这个设备的中断处理函数。当网卡发送数据完或者接收到数据时，是用中断的形式来告知的，那么必须要有一个处理这个中断的函数来完成数据的收发。Linux的中断机制可以参考《Linux内核源代码情景分析》。和内存地址映射一样，中断号也是BIOS在初始化阶段分配并写入设备的配置空间，然后 Linux在建立pci_dev时从配置空间读出这个中断号然后写入pci_dev的irq成员中，我们注册中断程序需要中断号就直接从 pci_dev里取。

retval = request_irq (dev->irq, rtl8139_interrupt, SA_SHIRQ, dev->name, dev);

if (retval) {

return retval;

}

我们注册的中断处理函数是rtl8139_interrupt，当网卡发生中断（如数据到达）时，中断控制器 8259A把中断号发给 CPU，CPU根据这个中断号找到处理程序，这里就是rtl8139_interrupt，然后执行。rtl8139_interrupt也在我们的程序中定义，这是驱动程序的重要任务和基本功能。request_irq的代码在arch/i386/kernel/irq.c 中。

②分配发送和接收的缓存空间

发送一个数据包的过程是：先从应用程序中把数据包拷贝到一段连续的内存中（这段内存就是我们这里要分配的缓存），然后把这段内存的地址写进网卡的数据发送地址寄存器(TSAD)中,这个寄存器的偏移量是TxAddr0 = 0x20。再把这个数据包的长度写进另一个寄存器（TSD）中，它的偏移量是TxStatus0 = 0x10。然后就把这段内存的数据发送到网卡内部的发送缓冲中(FIFO),最后由这个发送缓冲区把数据发送到网线上。

tp->tx_bufs = pci_alloc_consistent(tp->pci_dev, TX_BUF_TOT_LEN, &tp->tx_bufs_dma);

tp->rx_ring = pci_alloc_consistent(tp->pci_dev, RX_BUF_TOT_LEN, &tp->rx_ring_dma);

tp是net_device的priv的指针，tx_bufs是发送缓冲内存的首地址，rx_ring是接收缓存内存的首地址，他们都是虚拟地址，而最后一个参数tx_bufs_dma和rx_ring_dma均是这一段内存的物理地址。CPU执行程序用到这个地址时，用虚拟地址；网卡设备向这些内存中存取数据时用的是物理地址。pci_alloc_consistent的代码在Linux/arch/i386/kernel/pci-dma.c中。

③发送和接收缓冲区初始化和网卡开始工作的操作

RTL8139有4个发送描述符（包括4个发送缓冲区的基地址寄存器（TSAD0-TSAD3）和4个发送状态寄存器(TSD0-TSD3)。也就是说我们分配的缓冲区要分成四个等分并把这四个空间的地址都写到相关寄存器里去，下面这段代码完成了这个操作。

for (i = 0; i < NUM_TX_DESC; i++)

((struct rtl8139_private*)dev->priv)->tx_buf[i] =

&((struct rtl8139_private*)dev->priv)->tx_bufs[i * TX_BUF_SIZE];

上面这段代码把发送缓冲区虚拟空间进行了分割。

for (i = 0; i < NUM_TX_DESC; i++){

ritel(tp->tx_bufs_dma+(tp->tx_buf[i]tp->tx_bufs),ioaddr+TxAddr0+(i*4));

readl(ioaddr+TxAddr0+(i * 4));

}

上面这段代码把发送缓冲区物理空间进行了分割，并把它写到了相关寄存器中，这样在网卡开始工作后就能够迅速定位和找到这些内存并存取他们的数据。

writel(tp->rx_ring_dma,ioaddr+RxBuf);

上面这行代码把接收缓冲区的物理地址写到了相关寄存器中，这样网卡接收到数据后就能准确的把数据从网卡中搬运到这些内存空间中，等待CPU来领走他们。

writeb((readb(ioaddr+ChipCmd) & ChipCmdClear) | CmdRxEnb | CmdTxEnb,ioaddr+ChipCmd);

重新RESET设备后，我们要激活设备的发送和接收的功能，上面这行代码就是向相关寄存器中写入相应值，激活了设备的这些功能。

writel ((TX_DMA_BURST << TxDMAShift),ioaddr+TxConfig);

上面这行代码是向网卡的TxConfig（位移是0x44）寄存器中写入TX_DMA_BURST << TxDMAShift这个值，翻译过来就是6<<8，就是把第8到第10这三位置成110，查阅文档6就是110代表着一次DMA的数据量为1024字节。

另外在这个阶段设置了接收数据的模式，和开启中断等等。

数据收发 当一个网络应用程序要向网络发送数据时，它要利用Linux的网络协议栈来解决一系列问题，找到网卡设备的代表net_device，由这个结构来找到并控制这个网卡设备来完成数据包的发送，具体是调用net_device的hard_start_xmit成员函数，这是一个函数指针，在我们的驱动程序里它指向rtl8139_start_xmit，由它来完成发送工作，它一共做了四件事。

①检查这个要发送的数据包的长度，如果它达不到以太网帧的长度，必须进行填充。

if( skb->len < ETH_ZLEN ){//if data_len < 60

if( (skb->data + ETH_ZLEN) <= skb->end ){

memset( skb->data + skb->len, 0x20, (ETH_ZLEN - skb->len) );

skb->len = (skb->len >= ETH_ZLEN) ? skb->len : ETH_ZLEN;}

else{

printk("%s:(skb->data+ETH_ZLEN) > skb->end\n",__FUNCTION__);

}

}

skb->data和skb->end就决定了这个包的内容，如果这个包本身总共的长度(skb->end- skb->data)都达不到要求，那么想填也没地方填，就出错返回了，否则的话就填上。

②把包的数据拷贝到我们已经建立好的发送缓存中。

memcpy (tp->tx_buf[entry], skb->data, skb->len);

其中skb->data就是数据包数据的地址，而tp->tx_buf[entry]就是我们的发送缓存地址，这样就完成了拷贝。

③让网卡知道这个包的长度，由写发送状态寄存器（TSD）来完成。

writel(tp->tx_flag | (skb->len >= ETH_ZLEN ? skb->len : ETH_ZLEN),ioaddr+TxStatus0+(entry * 4));

我们把这个包的长度和一些控制信息一起写进了状态寄存器，使网卡的工作有了依据。

④判断发送缓存是否已经满了，如果满了再发就覆盖数据了，要停发。

if ((tp->cur_tx - NUM_TX_DESC) == tp->dirty_tx)

netif_stop_queue (dev);

接收，当有数据从网线上过来时，网卡产生一个中断，调用中断服务程序rtl8139_interrupt，它主要做了三件事。

①从网卡的中断状态寄存器中读出状态值进行分析。

status = readw(ioaddr+IntrStatus);

if ((status &(PCIErr | PCSTimeout | RxUnderrun | RxOverflow | RxFIFOOver | TxErr | TxOK | RxErr | RxOK)) == 0)

goto out;

上面代码说明如果上面这9种情况均没有，退出。

② if (status & (RxOK | RxUnderrun | RxOverflow | RxFIFOOver))

rtl8139_rx_interrupt (dev, tp, ioaddr);

如果是以上4种情况，属于接收信号，调用rtl8139_rx_interrupt进行接收处理。

③ if (status & (TxOK | TxErr)) {

spin_lock (&tp->lock);

rtl8139_tx_interrupt (dev, tp, ioaddr);

spin_unlock (&tp->lock);

}

如果是传输完成的信号，调用rtl8139_tx_interrupt进行发送善后处理。

接收中断处理函数 rtl8139_rx_interrupt 主要做了下面四件事。

①这个函数是一个大循环，循环条件是只要接收缓存不为空就还可以继续读取数据，循环不会停止，读空了之后就跳出。

int ring_offset = cur_rx % RX_BUF_LEN;

rx_status = le32_to_cpu (*(u32 *) (rx_ring + ring_offset));

rx_size = rx_status >> 16;

上面三行代码计算出要接收的包的长度。

②根据这个长度来分配包的数据结构

skb = dev_alloc_skb (pkt_size + 2);

③如果分配成功就把数据从接收缓存中拷贝到这个包中

eth_copy_and_sum (skb, &rx_ring[ring_offset + 4], pkt_size, 0);

这个函数在include/linux/etherdevice.h中，实质还是调用了memcpy（）。

static inline void eth_copy_and_sum(struct sk_buff*dest, unsigned char *src, int len, int base)

{

memcpy(dest->data, src, len)；

}

&rx_ring[ring_offset + 4] 是接收缓存，也是源地址，而skb->data 是包的数据地址，也是目的地址。

④把这个包送到Linux协议栈进行下一步处理。

skb->protocol = eth_type_trans (skb, dev);

netif_rx (skb);

在netif_rx（）函数执行完后，这个包的数据就脱离了网卡驱动，进入Linux网络协议栈，把这些数据包的以太网帧头，IP 头，TCP头都脱下来，最后把数据送给应用程序。netif_rx函数在net/core/dev.c,中。

而rtl8139_remove_one则基本是rtl8139_init_one的逆过程。

到此，已经将Linux驱动程序的框架勾勒出来。