在U-boot中添加以太网驱动-阿里云开发者社区

开发者社区> 开发与运维> 正文
登录阅读全文

在U-boot中添加以太网驱动

简介: <p>当定义CONFIG_CMD_NET和CONFIG_CMD_PING,编译之后执行ping命令,告警没有找到以太网。</p> <p>因此,需要打开U-boot的网络功能, u-boot-sunxi-sunxi中没有找到明显的网络驱动代码,或许有通用的驱动,但可以获得资料的途径有限,再说我是个初学者,平时工作属于自动控制类,网络方面很菜,因此想通过修改一个网络驱动,进行一次初步学习,想

当定义CONFIG_CMD_NET和CONFIG_CMD_PING,编译之后执行ping命令,告警没有找到以太网。

因此,需要打开U-boot的网络功能, u-boot-sunxi-sunxi中没有找到明显的网络驱动代码,或许有通用的驱动,但可以获得资料的途径有限,再说我是个初学者,平时工作属于自动控制类,网络方面很菜,因此想通过修改一个网络驱动,进行一次初步学习,想到就开工...

边做边写,恐怕会比较乱。

 

开发环境:   1、笔记本RHEL5,安装编译器arm-none-eabi-版本4.7.2; 编辑器Vim;minicom2.1

                     2、台式机XPsp3,安装SourceInsight3.5

基本思路:  1、找到u-boot内网络代码运行的轨迹,初始化、数据交换的驱动接口等等

                     2、实现一个驱动,加入到这个运行轨迹中,设备初始化,数据读写等等

准备工作:   1、找到芯片资料,这个比较坑,只能找到RTL8021CP的PDF,至于CPU芯片资料,

                            ×,那简直不能称为资料,看看三星处理器资料,为啥别人能做大,不是没有原因的。

                     2、Cubieboard原理图一份,这个好弄,人手一份呀

                     3、网线准备了两根,一个常用上网的,一根交叉线。路由器一只。

                            在没有研究清楚硬件连接之前,这样准备应该比较充足了。

                     4、下个新版本编译器,找了一个arm-none-eabi-的编译器,版本4.7.2,估计是目前最高版本。

                            下载:http://www.codesourcery.com/sgpp/lite/arm

                            选择arm处理器,linux版本,点进去之后需要用邮箱注册,下载地址会发到邮箱。

                     5、因为没有CPU资料,需要寻找一个A10的网络驱动代码,在支持Cubieboard的内核中找到了。

                           下载:http://linux-sunxi.org/Cubieboard/Cubieboard_Linux-3.9

                            这个驱动是linux下的,需要修改一下或参考其操作硬件的过程,以便在u-boot内运行。

 

一、环境建立,初步编译

        考虑到这次需要参考其他开发板或CPU的网络驱动,因此用SourceInsight3.5建立一个u-boot-sunxi-sunxi的工程,建立关联关系,方便代码查阅。建立方法很简单,不懂的可以网上搜索一下。建立工程时不要删除其他代码,全部使用。

        linux下编译环境设置,将下载的编译器解压到 /usr/local/arm/目录,解压之后目录是arm-2012.09

        设置环境变量,在RHEL5系统内,在/ect/profile的末尾加上一句:

        export   PATH=$PATH:/usr/local/arm/arm-2012.09/bin

        保存之后,执行:source /ect/profile 或者logout,或者重启机器。

        回到bash,输入arm再按Tab键,可以看到编译工具链列出来了,执行

        arm-none-eabi-gcc   -v,可以看到版本是4.7.2

        其他系统编译器安装设置可以在网上搜索,有很多文章会提到。

        进入u-boot-sunxi-sunxi目录,修改Makefile内容,找到 CROSS_COMPILE ?=  这一行

        改为:CROSS_COMPILE ?= arm-none-eabi-

        进入 u-boot-sunxi-sunxi/arch/arm,修改config.mk内容,也是这一句 CROSS_COMPILE ?= 

        改为:CROSS_COMPILE ?= arm-none-eabi-

 

       回到u-boot-sunxi-sunxi目录,执行:

       make  distclean                     //清除之前编译的内容

       make  cubieboard_config     //设置板子

       make  -j4                                //编译,-j4表示多线程编译,可以使用-j2,如果是虚拟机可以不用这个参数,

                                                       //如果电脑配置比较好,可以使用 -j8

 

      等待一会,不出意外,编译完成,写入SD卡,到板子上运行,可以看到串口输出信息。

 

二、U-boot网络模块分析

      1、网络初始化

       之前曾经分析过主循环,在主循环main_loop()调用之前就是初始化。

       在文件\u-boot-sunxi-sunxi\arch\arm\lib\board.c, 函数board_init_r()内:

       ...........

        #if defined(CONFIG_CMD_NET)
        puts("Net:   ");
        eth_initialize(gd->bd);
        #if defined(CONFIG_RESET_PHY_R)
        debug("Reset Ethernet PHY\n");
        reset_phy();
        #endif
        #endif

        ...........

       这一段代码可以看出,要执行网络初始化,需要定义CONFIG_CMD_NET

       因此在\u-boot-sunxi-sunxi\include\configs\sunxi-common.h 末尾加一句:

       #define  CONFIG_CMD_NET

 

      再来看看函数eth_initialize() 的内容,在文件 \u-boot-sunxi-sunxi\net\eth.c内:

       .................

       if (board_eth_init != __def_eth_init) {
             if (board_eth_init(bis) < 0)
             printf("Board Net Initialization Failed\n");
       } else if (cpu_eth_init != __def_eth_init) {
             if (cpu_eth_init(bis) < 0)
                    printf("CPU Net Initialization Failed\n");
       } else
             printf("Net Initialization Skipped\n");

       .................

       如果只定义CONFIG_CMD_NET,在上电时就会打印 Net Initialization Skipped,执行了最后一个else的内容,因此,需要完成网络初始化,需要实现函数board_eth_init()或者cpu_eth_init()

       看代码,这两个函数谁等于__def_eth_init就执行谁,在看看__def_eth_init是啥,也在eth.c这个文件内

       static int   __def_eth_init(bd_t *bis)
       {
              return -1;
       }
       int cpu_eth_init(bd_t *bis) __attribute__((weak, alias("__def_eth_init")));
       int board_eth_init(bd_t *bis) __attribute__((weak, alias("__def_eth_init")));

       可见,实现__def_eth_init的“alias  ”,bash命令里面有个alias,如果你用过就明白这是什么意思了,实现它,就可以进行初始化啦。

       想知道weak, alias是什么意思,请围观这位大侠的博客 http://blog.chinaunix.net/uid-20272712-id-1969771.html

       以太网模块在A10内,A10的手册称之为WEMAC模块,因此,我们需要实现cpu_eth_init函数,表明eathnet模块在CPU内部。

       在文件\u-boot-sunxi-sunxi\arch\arm\cpu\armv7\sunxi\board.c内增加函数cpu_eth_init,内容如下:

   

      #ifdef   CONFIG_SUN4I_WEMAC

       int cpu_eth_init(bd_t *bis)
       {
              return   sun4i_wemac_initialize(bis);
       }
       #endif

      2、如何实现网络模块

      网络模块已经成熟了,我们并不需要增加很多代码,只需要实现对硬件的操作就可以了。

      基本的操作大约就几个:初始化、打开、关闭、接收、发送、挂起

      分析\u-boot-sunxi-sunxi\net目录内的代码,发现网络的数据结构定义在\u-boot-sunxi-sunxi\include\net.h内

      struct eth_device {
           char name[16];                                                                              //网络名
           unsigned char enetaddr[6];                                                         //以太网地址
           int iobase;                                                                                       //io基址?
           int state;                                                                                          //设备状态

          

           int  (*init) (struct eth_device *, bd_t *);                                       //网络设备初始化
           int  (*send) (struct eth_device *, void *packet, int length);     //发送数据
           int  (*recv) (struct eth_device *);                                                  //接收数据
           void (*halt) (struct eth_device *);                                                 //挂起
           #ifdef CONFIG_MCAST_TFTP
           int (*mcast) (struct eth_device *, u32 ip, u8 set);
           #endif
           int  (*write_hwaddr) (struct eth_device *);                                 //写硬件地址?这个是啥?
           struct eth_device *next;
           int index;
           void *priv;
      };

       struct eth_device结构体定义了网络设备的基本操作,从面向对象的角度来说,只要在驱动代码内将struct eth_device的init,send,recv,halt,write_hwaddr这几种方法实现,就可以实现网络的操作了,至于数据收回来之后在上层的解析方式那就不是驱动关心的了。任务变得简单了,实现这几种操作便可

      再看struct eth_device结构体下面这几个函数:

      extern int eth_initialize(bd_t *bis); /* Initialize network subsystem */
      extern int eth_register(struct eth_device* dev);/* Register network device */
      extern int eth_unregister(struct eth_device *dev);/* Remove network device */
      extern void eth_try_another(int first_restart); /* Change the device */
      extern void eth_set_current(void);  /* set nterface to ethcur var */

      都在\u-boot-sunxi-sunxi\net\eth.c内实现,分析一下eth_register这个函数(其他的就不多说了),如下,

      int  eth_register( struct eth_device  *dev )
      {
             struct eth_device *d;
             static int index;

             assert( strlen(dev->name)  <  sizeof(dev->name) );

             if (!eth_devices) {  

             //注册之前eth_devices应该初始化为NULL,在当前文件的函数int  eth_initialize( bd_t *bis ) 中,

             //开始几句代码就这样初始化了,但是这个函数eth_initialize将调用我们自己写的cpu_eth_init(),

             //并未调用eth_register,因此可以预见,自己写的函数cpu_eth_init将要调用eth_register对网络进行注册,

             //实际工作还是要自己实现
                   eth_current = eth_devices = dev;
                   eth_current_changed();
              } else {
                   for (d = eth_devices; d->next != eth_devices; d = d->next)
                         ;
                   d->next = dev;
              }

              dev->state  =  ETH_STATE_INIT;     //网络设备状态为初始化
              dev->next    =  eth_devices;               //链表的下一个指向自己,为啥呢?
              dev->index  =  index++;                       //设备个数增加了

              return 0;
       }

 

三、实现网络驱动

      这些内容都将实现在sun4i_wemac.c和sun4i_wemac.h内。这两个文件都在\u-boot-sunxi-sunxi\driver\net\目录下。      

     1、数据结构

      经过上面分析,可以了解到,假设自己定义一个网络设备的数据结构,那么这个结构大致如下,下面直接写一个,实际代码还要推敲推敲:

      struct   sun4i_wemac_dev {
 

             void   *wemac_base;    // A10内部wemac模块的基地址

             void   *gpio_base;          //wemac模块使用的gpio的基地址,去看看原理图,实际使用A10的PA口

           

             //接收发送buffer管理,使用队列

             unsigned int  rx_head;
             unsigned int  rx_tail;
             unsigned int  tx_head;
             unsigned int  tx_tail;

             void   *rx_buffer;
             void   *tx_buffer;

             struct   eth_device   netdev;      //这就是上面的以太网设备,这个一定要有
             unsigned short     phy_addr;    //PHY地址,就是板子上RTL8201CP的地址
       };

       有的人又问啦,为什么要自己定义一个数据结构呢?net.h里面不是已经有一个struct eth_device了吗?仔细想一下,struct eth_device是u-boot定义的数据结构,里面的每一个成员可能在u-boot的其他网络模块代码中被使用修改,我们并不完全知道所有代码对struct eth_device的操作,因此需要自己定义一个结构,提供这个接口就可以了。用一句话总结就是:struct eth_device是定义给u-boot的网络模块使用的,用户得定义自己的设备,以此隔离了驱动代码与u-boot代码。

       2、实现初始化

       就是上面提到的cpu_eth_init()内调用的sun4i_wemac_initialize()函数,只写一个思路,具体代码还需要推敲: 

       int   sun4i_wemac_initialize(  bd_t  *bis  )

       {

            struct   sun4i_wemac_dev  *wemac_dev;    //自己定义的结构

            struct   eth_device   *netdev;                            //u-boot已经定义的结构

           wemac_dev  =  malloc( sizeof ( struct sun4i_wemac_dev  ) );   //分配内存
           if ( wemac_dev  ) {
                  printf("Error: Failed to allocate memory for WEMAC\n");
                  return -1;
           }
           memset(wemac_dev , 0, sizeof( struct    sun4i_wemac_dev  ));            

           netdev = &wemac_dev ->netdev;

          /*****************************/

          初始化发送、接收管理队列

          若还需要其他功能,可以增加到数据结构struct   sun4i_wemac_dev中,并在此初始化,

         写文章时,代码还没写,留待后续补全

          /*****************************/

          wemac_dev ->wemac_base =  (void *)EMAC_BASE;

          wemac_dev ->gpio_base      =  (void *)PA_BASE;

          wemac_dev ->phy_addr        = WEMAC_PHY;

          

          //以下就是要实现的网络设备结构体内的“方法”,就是驱动代码中主要的几个函数,

          //可以参考从内核拷贝过来的驱动是如何实现的:

           netdev->init                      = sun4i_wemac_init;      //注意这个初始化函数跟当前函数是不同的,这个函数

                                                                                                  //主要初始化wemac模块和RTL8201芯片
           netdev->halt                     = sun4i_wemac_halt;
           netdev->send                  = sun4i_wemac_send;
           netdev->recv                    = sun4i_wemac_recv;
           netdev->write_hwaddr   = sun4i_wemac_write_hwaddr;

           .....................其他初始化...........

           eth_register( netdev );    // 最后将网络设备注册,这样u-boot就能使用驱动程序啦

                                                       // 注册之后,eth.c内的全局变量eth_current 指向wemac_dev ->netdev,

                                                       //这是在u-boot任何代码使用eth_current,

                                                       // 都表示使用的是现在初始化的模块

            return 0;

       }
      

       3、其他模块的实现

       看看eth.c内怎么实现接收和发送接口的,就可以知道驱动代码应该怎么写了

       int eth_send(void *packet, int length)
       {
             if ( !eth_current )                         //eth_current是全局指针,指向驱动初始化的结构体wemac_dev ->netdev
                  return -1;

            return eth_current->send(eth_current, packet, length);  //注册之后,实际调用就是sun4i_wemac_send;
       }

       int eth_rx(void)
       {
            if (!eth_current)
                   return -1;

             return eth_current->recv(eth_current);  //注册之后,实际调用就是sun4i_wemac_recv;

       }

       因此,可以知道,驱动代码实现的接收发送形式如下:

      static  int   sun4i_wemac_send( struct  eth_device  *dev,  void  *packet,   int  length )

      {

             struct   sun4i_wemac_dev  wemac_dev  =  to_wemac(dev);            

             //功能如何实现,可以参考内核代码的驱动。

      } 

     
      static  int   sun4i_wemac_recv( struct  eth_device   *dev )

      {

              struct   sun4i_wemac_dev  wemac_dev  =  to_wemac(dev); 

              //功能如何实现,可以参考内核代码的驱动。

      }

      由于我们自己定义的结构体是struct   sun4i_wemac_dev,而传过来的参数是全局指针eth_current,

      根据上面的分析,eth_current指向struct   sun4i_wemac_dev结构内的struct   eth_device   netdev,

      因此要获得指向struct   sun4i_wemac_dev的指针需要使用linux内核常用的手段,“容器”的概念就出来了,

      看代码定义: 

      struct   sun4i_wemac_dev  wemac_dev  =  container_of(  dev ,  struct   sun4i_wemac_dev ,  netdev);

      就可以获得注册之前申请的结构体的首地址,如何办到的呢?

      来看看这个在linux内核中常用的宏:

      #define   container_of( ptr, type, member )       ( {   \
                                                                                           const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr  =  (ptr); \
                                                                                           (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) ); }  )

     #define   offsetof( TYPE, MEMBER )     ( (size_t)  & ((TYPE *)0)->MEMBER )

 

      这是一个很神奇的宏,可以把它用于自己以后的C代码开发中,如果使用其他编译器,这里面的关键字要改一下。

      意思就是,dev指向的内存地址,减掉它在struct   sun4i_wemac_dev中的偏移量,就获得了初始化时定义的

struct   sun4i_wemac_dev 指针

      偏移量的获取很简单 (( struct   sun4i_wemac_dev *) 0)->netdev  就是偏移量;我们知道使用 -> 操作时,获得指向当前结构体的某一个成员的地址, 而这个成员的地址与结构体首地址的差值,就是它在结构体内的偏移量,如果把结构体的首地址设置为0,结果妙不可言。

      由于很多函数都要用到这个宏,因此可以再写成下面这样:

      #define  to_wemac(_nd)    container_of( _nd,  struct   sun4i_wemac_dev, netdev)

      上面的定义就可以这样:  struct   sun4i_wemac_dev  wemac_dev  =  to_wemac(dev);    

      

       另外3个个函数,实现方式也是一样,先去分析eth.c内调用,一并都分析一下吧:

       int eth_init(bd_t *bis)
       {
              struct eth_device *old_current, *dev;

              if (!eth_current) {                   //必须注册成功之后,否则这里判断失败,将打印找不到ethernet
                      puts("No ethernet found.\n");
                      return -1;
              }

             /* Sync environment with network devices */
             dev = eth_devices;
             do {
                    uchar env_enetaddr[6];

                    if ( eth_getenv_enetaddr_by_index( "eth",   dev->index,  env_enetaddr))                               

                             memcpy(dev->enetaddr, env_enetaddr, 6);  

                             //这里就是获取IP地址了,从哪里获取呢?这是u-boot解决的问题啦                                        

                             //熟悉情况的人这时会想起一个文件,就是u-boot移植时说的参数配置文件

                             //uEnv.txt或boot.scr,怎么获得,需要进一步追查代码流程,这不是网络驱动关心的。

                    dev = dev->next;
             } while ( dev  !=  eth_devices );          // CB上只有一个以太网设备,因此循环一次就会结束

            old_current = eth_current;
            do {
                       debug("Trying %s\n", eth_current->name);

                       if ( eth_current->init( eth_current, bis )  >=  0 ) { //实际调用的就是函数sun4i_wemac_init ,

                                                                                                            //对WEMAC模块和PHY芯片进行初始化
                              eth_current->state = ETH_STATE_ACTIVE;    //初始化成功,处于活动状态标志

                              return 0;    //成功就返回啦
                      }
                      debug("FAIL\n");

                      eth_try_another(0);  //不成功,试试另一个,不用分析,这个函数可定会尝试改变全局指针eth_current
             } while (old_current != eth_current);

             return -1;
      }

      还有一个疑问,那又是什么地方调用int eth_init(bd_t *bis)这个函数呢?借助强大的Source Insight,很快就能找到调用它的地方啦,搜索工程,出来一大片,只需关心文件net.c的调用即可,其他调用是不会被编译进来的,以下两个函数调用了这个初始化,从名字就能看出其大概功能了

      int  NetLoop( enum   proto_t protocol );  //这就是读取网络数据的主循环

      void  NetStartAgain( void );                        //这个是net重新开始,当然要初始化

      再来看看ping命令干了啥,在文件\u-boot-sunxi-sunxi\common\cmd_net.c

      #if defined(CONFIG_CMD_PING)
      int do_ping (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
      {
            if (argc < 2)
                 return -1;

            NetPingIP = string_to_ip(argv[1]);
            if (NetPingIP == 0)
                   return CMD_RET_USAGE;

            if (NetLoop(PING) < 0) {    //这里调用了NetLoop函数,再调用eth_init,再调用自己写的sun4i_wemac_init 
                   printf("ping failed; host %s is not alive\n", argv[1]);
                   return 1;
            }

            printf("host %s is alive\n", argv[1]);

            return 0;
        }

        U_BOOT_CMD(
                                     ping, 2, 1, do_ping,
                                    "send ICMP ECHO_REQUEST to network host",
                                    "pingAddress"
        );
        #endif

        至于NetLoop内如何实现数据打包,如何解析,有兴趣的可以继续深入。

 

      void eth_halt(void)
      {
              if (!eth_current)
              return;

              eth_current->halt(eth_current);  //实际就是调用sun4i_wemac_halt,网络设备挂起

              eth_current->state = ETH_STATE_PASSIVE; //标志变化
      }

     int eth_write_hwaddr(struct eth_device *dev, const char *base_name,  int eth_number)
     {
              unsigned char env_enetaddr[6];
              int ret = 0;

              eth_getenv_enetaddr_by_index(base_name, eth_number, env_enetaddr);

              if (memcmp(env_enetaddr, "\0\0\0\0\0\0", 6)) {
                      if (memcmp(dev->enetaddr, "\0\0\0\0\0\0", 6) &&  memcmp(dev->enetaddr, env_enetaddr, 6)) {
                                printf("\nWarning: %s MAC addresses don't match:\n", dev->name);
                                printf("Address in SROM is         %pM\n", dev->enetaddr);
                                printf("Address in environment is  %pM\n", env_enetaddr);
                      }

                      memcpy(dev->enetaddr, env_enetaddr, 6);
              } else if (is_valid_ether_addr(dev->enetaddr)) {
                      eth_setenv_enetaddr_by_index(base_name, eth_number,  dev->enetaddr);
                       printf("\nWarning: %s using MAC address from net device\n", dev->name);
              }

              if (dev->write_hwaddr &&  !eth_mac_skip(eth_number)) {
                      if (!is_valid_ether_addr(dev->enetaddr))
                               return -1;

                     ret = dev->write_hwaddr(dev);//实际就是调用sun4i_wemac_write_hwaddr,将IP地址写入硬件??
              }

             return ret;
      }

 

      这三个函数形式如下:

      int     sun4i_wemac_init ( struct eth_device *, bd_t * );
      void  sun4i_wemac_halt( struct eth_device * );
      int     sun4i_wemac_write_hwaddr( struct eth_device * );             

      具体内容如何实现,在没有详细CPU手册的情况下,参考内核驱动代码是最好的选择,如果熟悉内核驱动编程就更好了,那是下一个目标。

 

四、驱动完成之后的初步测试

      测试ping命令

      测试tftp命令-----这个命令还没有,下一次学习的目标。

      代码还没写,留待后续补全

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享:
开发与运维
使用钉钉扫一扫加入圈子
+ 订阅

集结各类场景实战经验,助你开发运维畅行无忧

其他文章