VxWorks系统下的RTL8139驱动程序改进

0 引言

rtl8139是台湾realtek半导体公司生产的一种快速以太网控制器，提供符合pci2.2标准的接口，兼容ieee802.3u 100base－t规范，支持ieee－802.3x全双工流量控制，支持10mbit.s－1/100mbit.s－1全双工、半双工自适应，价格便宜，性能稳定，是pc机、电信终端产品中应用最多的以太网控制器之一。rtl8139在各种操作系统下的驱动都能从realtek公司网页下载，其中包括vxworks系统下的驱动，而且提供c源代码。但是在嵌入式系统下，针对不同的硬件平台，往往需要修改该驱动程序以提高其稳定性和效率。基于mpc8241 cpu的硬件平台，本文提出rtl8139在vxworks系统下驱动程序的改进措施。

1 硬件平台简介

图1所示为某交换机终端设备的部分硬件框图。

cpu采用motorola公司的powerpc系列处理器之一的mpc8241，该芯片除嵌入32位powerpc处理器内核外，还集成了mpc107桥，提供pci接口与rtl8139连接，桥上有内存控制器，挂16mb sdram和4 mbflash。cpu时钟是166mhz，sdram时钟是66mhz，pci时钟是33mhz，rtl8139工作在10mbit/s，半双工方式，通过集线器（hub）连入internet，其作用是转发由话音信号打成的数据包，要求1200pps（每秒数据包），且cpu占用率不高于50％。

vxworks支持end（增加型网络驱动）格式的以太网控制器驱动，提供mux层作为网络协议和以太网控制器驱动间的接口，mux规定了驱动的接口函数，rtl8139驱动程序rtl8139end.c是完全按照end格式编写的代码，提供了所有mux层规定的接口函数，只要写好rtl8139 pci配制空间寄存器，在sysrtl8139end.c中传入pci空间首地址、中断向量号和中断优先级参数，按照end格式驱动装载程序，装载成功后rtl8139就能顺利运行。

2 驱动程序中需要解决的问题

如果数据包的收发速率是均匀的，rtl8139完全可以达到前文提出的要求，但是internet上经常有突发的数据包，而rtl8139的接收fifo和发送fifo都只有2kb，加之rtl8139对收发数据包采取完全拷贝方式，在数据包突发期间，cpu占用率过高，来不及处理过多的数据包，从而造成丢包。在rtl8139end.c中，驱动的数据包缓冲和协议栈的内存池是完全分开的，数据包接收和发送都有1次拷贝过程，而高性能以太网控制器一般只在发送时需要拷贝1次，这样每收发一个包，cpu需要多拷贝1次，这是导致rtl8139性能不高的重要原因，但这种包处理方式是由硬件决定的，驱动程序不能改变。事实上，在突发包很多的情况下，以太网控制器丢包是允许的，但突发时间过后，应恢复正常的收发包流程。但在前文介绍的硬件平台上运行rtl8139end.c，在pc机上用sniffer以连续方式给rtl8139发数据包，测试时间为数十秒，停止发包后，在pc机上用ping命令测试rtl8139能否正常回包，结果不能ping通，表明rtl8139的收发包流程因突发包太多而中断，且不能恢复。

分析rtl8139end.c程序，其发送数据包流程如图2所示。

rtl8139有4个发送描述符，有各自的发送状态寄存器tsd0～tsd3和发送起始地址寄存器tsad0～tsad3，每个发送描述符可发送1个数据包。在函数rtl8139send()中申请1个发送数据包缓冲区，将协议栈传下来的数据包拷贝进该缓冲区，然后将该缓冲区的首地址写入发送起始地址寄存器，最后填写发送状态寄存器，并将其own位置0，表示将该缓冲区交给rtl8139的发送dma管理，启动发送操作。发送完成后rtl8139产生中断，进人中断服务程序rtl8139int()，调用rtl8139handlesendint()，在该函数中读取发送状态寄存器。如果own位为1，则表示发送dma操作完成，释放相应的发送缓冲；否则表示发送dma操作未完成，该发送缓冲仍由rtl8139硬件所有，下次进入发送中断再重新查看own位。如此循环往复，直到own位变为1，才能释放相应的发送缓冲，其占用的发送描述符变为可用。

以上过程可归结为两点：

a)在rtl8139send()中申请1个数据包缓冲区，占用1个发送描述符；

b)在rtl8139int()中释放相应的数据包缓冲区和发送描述符。

从以上分析可以看出，只要发包的这两个环节不出问题，发包流程就不会中断，另外，在rtl8139handlesendint()中，不是仅仅释放1个包缓冲和描述符，而是将所有启动过发包操作、发送状态寄存器的own位变为1的描述符和相应包缓冲都释放掉。这样可增强程序的稳定性，在有突发包的情况下，cpu可能来不及响应中断，即造成中断丢失，但只要还有1个描述符可用，发包完成后能进中断，就可以把以前占用的缓冲和描述符全部释放掉。如果突发包太多，cpu连续4个发包中断未响应，发送描述符全被占用，下次进入rtl8139send()将无发送描述符可用，也就不会再有发包中断，rtl8139handlesendint()不会被调用，发送描述符无法释放，发包流程就此中断，不能恢复，这就是上述rtl8139不能ping通的原因。

3 解决办法

根据以上分析，只有将被占用的发送描述符和发送缓冲释放，发包流程才能恢复，这只要调用一次rtl8139handlesendint()就能实现。mpc8241片内集成有4个定时器(timero～timer3)，可以使用其中的timero来产生硬件定时中断。在中断服务程序中，以rtl8139handlesendint函数指针作为入口参数调用netjobadd()，这样就可以定时执行rtl8139handlesendint()，及时释放被占用的发送描述符。这需要在rtl8139start()中添加如下代码：