Linux网络设备驱动开发

封面图 • 2026-01-12 • 嵌入式

Linux网络设备驱动开发是Linux内核中一个重要的组成部分，它负责与硬件通信，实现网络数据的收发。网络设备驱动通常运行在内核空间，通过Linux的网络子系统（如`netdev`、`sk_buff`等）进行交互。

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## 一、Linux网络设备驱动概述

### 1.1 网络设备驱动的作用
- 与网卡硬件通信，发送和接收数据包。
- 实现网络协议栈与硬件之间的接口。
- 提供对网络设备的配置、状态查询、统计等功能。

### 1.2 Linux网络设备驱动的分类
- **以太网设备驱动**：如 `e1000`、`igb`、`rtl8139` 等。
- **无线网卡驱动**：如 `ath9k`、`iwlwifi` 等。
- **虚拟网络设备**：如 `veth`、`tun/tap` 等。
- **其他类型设备**：如 PPP、SLIP 等。

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## 二、Linux网络设备驱动结构

### 2.1 主要数据结构

#### `struct net_device`
这是网络设备的核心结构体，定义在 `<linux/netdevice.h>` 中：

```c
struct net_device {
    char name[IFNAMSIZ]; // 设备名称，如 eth0
    struct netdev_ops *ops; // 操作函数集
    struct netdev_stats *stats; // 统计信息
    struct sk_buff *skb; // 数据包缓冲区
    ...
};
```

#### `struct netdev_ops`
包含设备的操作函数集合，如：

```c
struct netdev_ops {
    int (*ndo_open)(struct net_device *dev);
    int (*ndo_stop)(struct net_device *dev);
    netdev_tx_t (*ndo_start_xmit)(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev);
    int (*ndo_set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr);
    ...
};
```

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## 三、编写一个简单的网络设备驱动示例

下面是一个非常基础的网络设备驱动框架，仅用于演示目的，并不实际工作。

### 3.1 示例代码（简化版）

```c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/etherdevice.h>
#include <linux/skbuff.h>

static struct net_device *my_dev;

// 发送数据包的回调函数
static netdev_tx_t my_start_xmit(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
    // 这里可以模拟发送数据包到硬件
    dev_kfree_skb(skb); // 假设发送成功，释放 skb
    return NETDEV_TX_OK;
}

// 打开设备
static int my_open(struct net_device *dev)
{
    printk(KERN_INFO "My device opened\n");
    return 0;
}

// 关闭设备
static int my_stop(struct net_device *dev)
{
    printk(KERN_INFO "My device stopped\n");
    return 0;
}

// 设置 MAC 地址
static int my_set_mac(struct net_device *dev, void *addr)
{
    struct sockaddr *sa = addr;
    memcpy(dev->dev_addr, sa->sa_data, ETH_ALEN);
    return 0;
}

// 设备操作函数集
static const struct netdev_ops my_netdev_ops = {
    .ndo_open = my_open,
    .ndo_stop = my_stop,
    .ndo_start_xmit = my_start_xmit,
    .ndo_set_mac_address = my_set_mac,
};

// 初始化模块
static int __init my_init(void)
{
    my_dev = alloc_netdev(0, "my%d", NET_NAME_UNKNOWN, ether_setup);
    if (!my_dev) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate net device\n");
        return -ENOMEM;
    }

my_dev->netdev_ops = &my_netdev_ops;
    my_dev->flags |= IFF_NOARP; // 不需要 ARP
    my_dev->features |= NETIF_F_HW_CSUM; // 支持硬件校验

// 注册设备
    if (register_netdev(my_dev)) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register net device\n");
        free_netdev(my_dev);
        return -EIO;
    }

printk(KERN_INFO "My network device registered\n");
    return 0;
}

// 卸载模块
static void __exit my_exit(void)
{
    unregister_netdev(my_dev);
    free_netdev(my_dev);
    printk(KERN_INFO "My network device unregistered\n");
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Simple Network Device Driver");
```

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## 四、编译和测试

### 4.1 编译模块

创建 `Makefile`：

```makefile
obj-m += my_driver.o
```

然后执行：

```bash
make
sudo insmod my_driver.ko
```

查看设备：

```bash
ip link show
```

卸载模块：

```bash
sudo rmmod my_driver
```

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## 五、调试工具

- `dmesg`：查看内核日志。
- `ethtool`：查看网络设备信息。
- `tcpdump`：抓包分析。
- `ifconfig` / `ip`：配置网络设备。

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## 六、进阶内容

如果你希望进一步深入，可以学习以下内容：

- **DMA 和 Ring Buffer**：高性能网络设备常用机制。
- **中断处理**：处理接收和发送中断。
- **多队列支持**：提升性能。
- **VLAN 支持**：支持 VLAN 分割。
- **RSS（Receive Side Scaling）**：多核负载均衡。
- **eBPF**：现代网络设备驱动中常用的技术。

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## 七、参考资料

- [Linux Kernel Documentation: Networking](https://www.kernel.org/doc/html/latest/networking/index.html)
- 《Linux设备驱动开发详解》
- 《Linux内核源码情景分析》
- [Linux网络设备驱动开发教程（中文）](https://blog.csdn.net/qq_35633712/article/details/109208516)

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如果你有具体的设备型号或功能需求（比如基于 PCI 的网卡、无线网卡、虚拟设备等），我可以提供更针对性的指导。欢迎继续提问！