RTL8139网卡驱动程序分析

对多数驱动程序开发的学习者来说，总是感觉很难⼊门，不能从
整体上把握驱动程序是如何驱动硬件设备⼯作的。本文以Linux内
核中8139网卡驱动为例，对驱动程序的⼯作过程进行详细的分析，
为初学者拨开迷雾，走出雾里看花的迷茫。本文虽然以Linux驱动
为例，但是技术总是相通的，为了给Windows驱动初学者同样的启
发，我有意的借用了许多Windows驱动中的名词，同时顺便略述了
Windows驱动中的⼀些容易让初学者感到迷惑的概念。

Rtl8139是⼀个PCI网卡，老式的设备地址是固定的，对设备的扩充通
常通过跳线等方式来更改地址以避免地址冲突，例如通过跳线来设置IED
主盘，从盘。PCI总线设备可以通过软件编程灵活的设置各个设备的地
址。在操作系统启动的时候，系统根据PCI总线协议规范对主板上的PCI
进行扫描，同时为发现的设备配置相关资源，包括中断请求号，地址空
间等。每⼀个PCI设备上有⼀个配置空间，配置空间中包含了设备的基本
信息，例如设备类别ID，⼚商ID，设备板载存储空间等信息，操作系统
在扫描所有的PCI设备后，可以根据这些信息统⼀分配地址资源以避免
地址冲突。系统通过在PCI设备中的基地址寄存器中写⼊⼀个分配到的
基地址，之后CPU在指令执行的时候给出⼀个地址，这个地址首先送到
Host-PCI桥，就是我们通常所说的北桥，北桥判断出这个地址是落在内
存或是PCI等设备的地址空间上1，如果落在PCI空间地址中，则北桥通过
PCI总线仲裁申请，把地址送到PCI总线上，总线上的每⼀个PCI设备会根
据自⼰的存储空间⼤⼩以及基地址寄存器中的值来比较，如果被寻址的
地址落在自⼰的地址空间范围内，则该设备会作为PCI从设备响应完成数
据传输。这就是说，系统上的设备都有自⼰的地址空间，以总线带宽为
32位的系统为例，可以容纳的地址空间为4G，CPU在这4G的地址空间⼀部
分划分到内存空间，还有以部分很可能划分给PCI等外部设备，这通常取
决于硬件系统设计者。PCI设备灵活的配置方式也不可避免的带来了复杂
性。PCI协议对设备的枚举，检测，配置的过程是复杂的，通常操作系统
提供了PCI总线协议驱动程序，并在启动的时候完成了这⼀复杂的过程，
这样⼤⼤减⼩了PCI设备驱动程序开发者的⼯作量。这就好像平时⼤家
做网络程序开发的时候都没必要自⼰实现TCP/IP协议⼀样。用Windows的
术语来说，对PCI设备的枚举由总线驱动程序完成，而具体的对PCI设备
的控制是功能驱动程序的⼯作。本文要描述的是Rtl8139网卡功能驱动程序。对PCI协议有⼀定了解是必要的。关于PCI总线驱动程序的知识可以阅读《Linux内核情景分析》。