四、网卡的数据接收
内核如何从网卡接受数据，传统的经典过程：
1、数据到达网卡；
2、网卡产生一个中断给内核；
3、内核使用I/O指令，从网卡I/O区域中去读取数据；
我们在许多网卡驱动中，都可以在网卡的中断函数中见到这一过程。
但是，这一种方法，有一种重要的问题，就是大流量的数据来到，网卡会产生大量的中断，内核在中断上下文中，会浪费大量的资源来处理中断本身。所以，一个问题是，“可不可以不使用中断”，这就是轮询技术，所谓NAPI技术，说来也不神秘，就是说，内核屏蔽中断，然后隔一会儿就去问网卡，“你有没有数据啊？”……
从这个描述本身可以看到，哪果数据量少，轮询同样占用大量的不必要的CPU资源，大家各有所长吧，呵呵……
OK，另一个问题，就是从网卡的I/O区域，包括I/O寄存器或I/O内存中去读取数据，这都要CPU去读，也要占用CPU资源，“CPU从I/O区域读，然后把它放到内存（这个内存指的是系统本身的物理内存，跟外设的内存不相干，也叫主内存）中”。于是自然地，就想到了DMA技术——让网卡直接从主内存之间读写它们的I/O数据，CPU，这儿不干你事，自己找乐子去：
1、首先，内核在主内存中为收发数据建立一个环形的缓冲队列（通常叫DMA环形缓冲区）。
2、内核将这个缓冲区通过DMA映射，把这个队列交给网卡；
3、网卡收到数据，就直接放进这个环形缓冲区了——也就是直接放进主内存了；然后，向系统产生一个中断；
4、内核收到这个中断，就取消DMA映射，这样，内核就直接从主内存中读取数据；
——呵呵，这一个过程比传统的过程少了不少工作，因为设备直接把数据放进了主内存，不需要CPU的干预，效率是不是提高不少？
对应以上4步，来看它的具体实现：
1、分配环形DMA缓冲区
Linux内核中，用skb来描述一个缓存，所谓分配，就是建立一定数量的skb，然后把它们组织成一个双向链表；
2、建立DMA映射
内核通过调用
dma_map_single(struct device *dev,void
*buffer,size_t size,enumdma_#_direction direction)
建立映射关系。
struct device *dev，描述一个设备；
buffer：把哪个地址映射给设备；也就是某一个skb——要映射全部，当然是做一个双向链表的循环即可；
size：缓存大小；
direction：映射方向——谁传给谁：一般来说，是“双向”映射，数据在设备和内存之间双向流动；
对于PCI设备而言（网卡一般是PCI的），通过另一个包裹函数pci_map_single，这样，就把buffer交给设备了！设备可以直接从里边读/取数据。
3、这一步由硬件完成；
4、取消映射
dma_unmap_single，对PCI而言，大多调用它的包裹函数pci_unmap_single，不取消的话，缓存控制权还在设备手里，要调用它，把主动权掌握在CPU手里——因为我们已经接收到数据了，应该由CPU把数据交给上层网络栈；
当然，不取消之前，通常要读一些状态位信息，诸如此类，一般是调用
dma_sync_single_for_cpu()
让CPU在取消映射前，就可以访问DMA缓冲区中的内容。
关于DMA映射的更多内容，可以参考《Linux设备驱动程序》“内存映射和DMA”章节相关内容！
OK，有了这些知识，我们就可以来看e100的代码了，它跟上面讲的步骤基本上一样的——绕了这么多圈子，就是想绕到e100上面了，呵呵！
在e100_open函数中，调用e100_up，我们前面分析它时，略过了一个重要的东东，就是环形缓冲区的建立，这一步，是通过
e100_rx_alloc_list函数调用完成的：
[cpp] view plain copy
1. static int e100_rx_alloc_list(struct nic *nic)
2. {
3. struct rx *rx;
4. unsigned int i, count = nic->params.rfds.count;
5.
6. nic->rx_to_use = nic->rx_to_clean = NULL;
7. nic->ru_running = RU_UNINITIALIZED;
8.
9.
10. if(!(nic->rxs = kmalloc(sizeof(struct rx) * count, GFP_ATOMIC)))
11. return -ENOMEM;
12. memset(nic->rxs, 0, sizeof(struct rx) * count);
13.
14.
15. for(rx = nic->rxs, i = 0; i < count; rx++, i++) {
16. rx->next = (i + 1 < count) ? rx + 1 : nic->rxs;
17. rx->prev = (i == 0) ? nic->rxs + count - 1 : rx - 1;
18. if(e100_rx_alloc_skb(nic, rx)) {
19. e100_rx_clean_list(nic);
20. return -ENOMEM;
21. }
22. }
23.
24. nic->rx_to_use = nic->rx_to_clean = nic->rxs;
25. nic->ru_running = RU_SUSPENDED;
26.
27. return 0;
28.}
[cpp] view plain copy
1. #define RFD_BUF_LEN (sizeof(struct rfd) + VLAN_ETH_FRAME_LEN)
2. static inline int e100_rx_alloc_skb(struct nic *nic, struct rx *rx)
3. {
4.
5. if(!(rx->skb = dev_alloc_skb(RFD_BUF_LEN + NET_IP_ALIGN)))
6. return -ENOMEM;
7.
8.
9. rx->skb->dev = nic->netdev;
10. skb_reserve(rx->skb, NET_IP_ALIGN);
11.
12. memcpy(rx->skb->#, &nic->blank_rfd, sizeof(struct rfd));
13.
14. rx->dma_addr = pci_map_single(nic->pdev, rx->skb->#,
15. RFD_BUF_LEN, PCI_DMA_BIDIRECTIONAL);
16.
17. if(pci_dma_mapping_error(rx->dma_addr)) {
18. dev_kfree_skb_any(rx->skb);
19. rx->skb = 0;
20. rx->dma_addr = 0;
21. return -ENOMEM;
22. }
23.
24.
25. if(rx->prev->skb) {
26. struct rfd *prev_rfd = (struct rfd *)rx->prev->skb->#;
27.
28. put_unaligned(cpu_to_le32(rx->dma_addr),
29. (u32 *)&prev_rfd->link);
30. wmb();
31. prev_rfd->command &= ~cpu_to_le16(cb_el);
32. pci_dma_sync_single_for_device(nic->pdev, rx->prev->dma_addr,
33. sizeof(struct rfd), PCI_DMA_TODEVICE);
34. }
35.
36. return 0;
37.}
e100_rx_alloc_list函数在一个循环中，建立了环形缓冲区，并调用e100_rx_alloc_skb为每个缓冲区分配了空间，并做了
DMA映射。这样，我们就可以来看接收数据的过程了。
前面我们讲过，中断函数中，调用netif_rx_schedule，表明使用轮询技术，系统会在未来某一时刻，调用设备的poll函数
[cpp] view plain copy
1. static int e100_poll(struct net_device *netdev, int *budget)
2. {
3. struct nic *nic = netdev_priv(netdev);
4. unsigned int work_to_do = min(netdev->quota, *budget);
5. unsigned int work_done = 0;
6. int tx_cleaned;
7.
8. e100_rx_clean(nic, &work_done, work_to_do);
9. tx_cleaned = e100_tx_clean(nic);
10.
11.
12. if((!tx_cleaned && (work_done == 0)) || !netif_running(netdev)) {
13. netif_rx_complete(netdev);
14. e100_enable_irq(nic);
15. return 0;
16. }
17.
18. *budget -= work_done;
19. netdev->quota -= work_done;
20.
21. return 1;
22.}
目前，我们只关心rx，所以，e100_rx_clean函数就成了我们关注的对像，它用来从缓冲队列中接收全部数据(这或许是取名为clean的原因吧！
[cpp] view plain copy
1. static inline void e100_rx_clean(struct nic *nic, unsigned int *work_done,
2. unsigned int work_to_do)
3. {
4. struct rx *rx;
5. int restart_required = 0;
6. struct rx *rx_to_start = NULL;
7.
8.
9. if(RU_SUSPENDED == nic->ru_running)
10. restart_required = 1;
11.
12.
13. for(rx = nic->rx_to_clean; rx->skb; rx = nic->rx_to_clean = rx->next) {
14. int err = e100_rx_indicate(nic, rx, work_done, work_to_do);
15. if(-EAGAIN == err) {
16.
17. restart_required = 0;
18. break;
19. } else if(-ENO# == err)
20. break;
21. }
22.
23.
24. if(restart_required)
25. rx_to_start = nic->rx_to_clean;
26.
27.
28. for(rx = nic->rx_to_use; !rx->skb; rx = nic->rx_to_use = rx->next) {
29. if(unlikely(e100_rx_alloc_skb(nic, rx)))
30. break;
31. }
32.
33. if(restart_required) {
34. // ack the rnr?
35. writeb(stat_ack_rnr, &nic->csr->scb.stat_ack);
36. e100_start_receiver(nic, rx_to_start);
37. if(work_done)
38. (*work_done)++;
39. }
40.}
[cpp] view plain copy
1. static inline int e100_rx_indicate(struct nic *nic, struct rx *rx,
2. unsigned int *work_done, unsigned int work_to_do)
3. {
4. struct sk_buff *skb = rx->skb;
5. struct rfd *rfd = (struct rfd *)skb->#;
6. u16 rfd_status, actual_size;
7.
8. if(unlikely(work_done && *work_done >= work_to_do))
9. return -EAGAIN;
10.
11.
12. pci_dma_sync_single_for_cpu(nic->pdev, rx->dma_addr,
13. sizeof(struct rfd), PCI_DMA_FROMDEVICE);
14. rfd_status = le16_to_cpu(rfd->status);
15.
16. DPRINTK(RX_STATUS, DEBUG, "status=0x%04X ", rfd_status);
17.
18.
19. if(unlikely(!(rfd_status & cb_complete)))
20. return -ENO#;
21.
22.
23. actual_size = le16_to_cpu(rfd->actual_size) & 0x3FFF;
24. if(unlikely(actual_size > RFD_BUF_LEN - sizeof(struct rfd)))
25. actual_size = RFD_BUF_LEN - sizeof(struct rfd);
26.
27.
28. pci_unmap_single(nic->pdev, rx->dma_addr,
29. RFD_BUF_LEN, PCI_DMA_FROMDEVICE);
30.
31.
32. if(le16_to_cpu(rfd->command) & cb_el)
33. nic->ru_running = RU_SUSPENDED;
34.
35.
36. skb_reserve(skb, sizeof(struct rfd));
37.
38. skb_put(skb, actual_size);
39.
40. skb->protocol = eth_type_trans(skb, nic->netdev);
41.
42. if(unlikely(!(rfd_status & cb_ok))) {
43.
44. nic->net_stats.rx_dropped++;
45. dev_kfree_skb_any(skb);
46. } else if(actual_size > nic->netdev->mtu + VLAN_ETH_HLEN) {
47.
48. nic->rx_over_length_errors++;
49. nic->net_stats.rx_dropped++;
50. dev_kfree_skb_any(skb);
51. } else {
52.
53. nic->net_stats.rx_packets++;
54. nic->net_stats.rx_bytes += actual_size;
55. nic->netdev->last_rx = jiffies;
56. netif_receive_skb(skb);
57. if(work_done)
58. (*work_done)++;
59. }
60.
61. rx->skb = NULL;
62.
63. return 0;
64.}
网卡驱动执行到这里，数据接收的工作，也就处理完成了。但是，使用这一种方法的驱动，省去了网络栈中一个重要的内容，就是
“队列层”，让我们来看看，传统中断接收数据包模式下，使用netif_rx函数调用，又会发生什么