在U-boot中添加以太网驱动 分类： arm-linux-Ubuntu HI3531 2013-12-24 09:21 784人阅读 评论(0) 收藏
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
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