如何在自制操作系统写网卡驱动程序(1)

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如何在自制操作系统写网卡驱动程序(1)

怎么装网卡驱动，我安装系统后网卡没驱动

如何安装win10系统无线网卡驱动

网卡驱动

一、如何在自制操作系统写网卡驱动程序(1)

30天自制操作系统的解读文章已经更新到day23天了，基本的操作系统雏形已经完成了。不过我把这本书翻完后，发现这个操作系统的上限还是有点低。

怎么说这个操作系统的上限有点低呢？

这个操作系统包含了内存管理器，哨兵模式的超时器控制器，多任务控制器，多图层控制器，API接口库的设计等操作系统内核的重要模块，这份代码和linux系统的内核1.1版本相比的话，其实思路大体类似，毕竟使用的硬件是一样的。

但是这个操作系统离实际应用还有些距离。

为什么说它离实际应用还有些距离？

因为在这个操作系统之上开发的应用还是太少了，特别是缺少串口驱动，网卡驱动等与其他涉别通信的应用。

比如在day24,day25,day26,day27,day28,day29,day30等，也会开发一些较为实用的APP。

比如小蜜蜂游戏，图片查看器，文档浏览器，压缩软件等。

但没有了通信用的APP，它只能单机运行，对于一个简单的操作系统来说，如果只能单机运行，显然生命力就会很弱。

通信模块实现分析

所以，我就想如何给这个操作系统加上网络模块。

那么怎么给操作系统添加网络模块呢？

其实就是把网卡管理起来，也即是说cpu要控制网卡收发信息。

这跟cpu与键盘的交互，cpu与显示屏的交互其实有点类似，但是细节不同。

我们通过执行0x10号中断函数，来设置显示屏。

跟键盘交互时，先通过I/O来设置键盘控制器，然后当键盘有键按下时，就可以通过中断的方式通知CPU。

可以看到，CPU与外部设备打交道时，总是通过中断进行的。

特别是CPU控制键盘的过程，是比较常用的过程。

一般的外部设备都是让CPU先通过 I/O口来对自己的控制器进行设置，然后再通过中断把自己的信息传送给CPU的。

网卡也是外部设备，网卡也是先让CPU通过I/O来对自己的控制器进设置，然后再通过中断把自己的信息传送给CPU。

其实CPU就是一个计算器，它需要为很多外部设备提供计算，调度的功能才够完成功能丰富的操作系统。

外部设备的种类是非常丰富的，如果不同厂商的外部设备都需要一个自己特定的协议，才能跟CPU通信，那么对用户来说，一旦使用了这个外部设备，就不能更换其他厂商的产品了，这就非常不方便。

所以，有必要制定一个统一的标准Peripheral Component Interconnect，PCI，翻译：外部设备相互连接。通过硬件厂商可以让自己的硬件，比如网卡，声卡，显卡遵守这个PCI标准，从而降低自己的硬件设备被接受的成本。

这就造成了CPU与网卡之间，有个PCI控制器。CPU通过I/O口设置PCI控制器，PCI控制器再控制网卡即可。

所以，要在这个操作系统上控制网卡，实现网络通信，其实就是通过I/O口来设置PCI控制器，然后CPU就可以和网卡进行数据交换了，网卡收到数据会给CPU发送中断信号，只要我们编写合适的中断函数来处理网卡发送的数据，就像处理键盘发送过来的数据一样，这个操作系统就实现了联网的功能了。

不过，虽然道理上说的通，但是要具体实践起来，我们还需要一些参考。

那么linux的内核是开源的，可以去查看一下，顺便验证一下上述思路。

参考linux1.1内核

找到一份有详细注释的linux1.1内核代码：https://gitee.com/ydong08/linuxkernel1.1.git

初始化的过程中，并没有PCI的初始化

上图linux1.1的主程序，可以看到这个主程序在一大堆初始化完成之后，就是一个永久运行的for循环了。

其实任务操作系统启动完之后，本身的程序都是一个永久的for循环。

我在这份代码中，并没有找到控制网卡的部分，可能linux1.1的内核并没有对网卡直接支持，我再找找。

不过这份代码的块设备相关的头文件中，找到了关于I/O的读写的语句：

可以看到，这里有用汇编写的port_read,port_wirte函数，这两个函数是用汇编写的，跟咱们在30天自制操作系统中解读的hari操作系统中的汇编是一样的。都是直接向I/O端口写控制字，然后从I/O端口拿数据。

这说明块设备作为外部设备与CPU交互的时候，也是先空过I/O端口来初始化的。

port_read在中断函数中调用

到这里，我们看到，在linux1.1中，硬盘作为外部设备，与CPU的通信，也是通过中断机制的。

那么继续找，就找到了硬盘的初始化函数：

这里，设置了硬盘的中断号，并且用I/O端口操作进行了一定的设置。这里的outb_p的实现也是汇编：

总的来说，通过查看linux1.1的内核代码，与咱们 30天自制操作系统中的系统内核代码相比，

在CPU 控制 外部设备的思路上，都是通过I/O端口 以及中断机制的。

所以，CPU控制遵守PCI协议的设备，应该也是通过I/O端口以及中断机制的。

既然1.1版本的内核里没有网络模块，可能这个版本太低了，我们直接看当前ubuntu20的5.13版本的内核。

这个内核是最新的版本，因为操作系统是现成的，所以这份代码就不用从网上下载了。

直接在ubuntu上运行如下命令：

查看ubuntu的内核

可以看到内核版本是5.13.0-40的，所以内核代码所在的文件夹就是：

/usr/src/linux-hwe-5.13-headers-5.13.0-40

参考ubntu的linux5.13内核

打开这份内核代码，就看到一个名字为net 的文件夹，这说明这份内核代码里，是一定包含有网卡的基本驱动的。所以也必定有通过I/O端口来设置PCI控制器。

用pci作用搜索关键字，搜索到这设置pci的基本汇编语句：

这说明这份代码里，肯定对我们有用的。接着找，发现__raw_readb其实直接操作的指针，直接访问的内存了，并不是I/O操作。说明这个函数是在已经把网卡设备的地址通过I/O端口映射到内存地址之后，才运行的。 此时，访问内存地址，就相当于访问PCI所连接的网卡内的地址。

我们再看看最底层的用汇编写的对I/O端口的调用程序,我们直接搜索I/0操作的汇编指令，然后再找这些指令所在的函数有没有被PCI控制器的初始化函数调用。

这个汇编的写法，与之前的汇编写法有所不同，注意这些指令insbl,inswl,extbl,extwl,分别是往I/O上输入一个字节，输入一个词，输出一个字节，输出一个词，这是基本的I/O端口输入输出语句。

然后去搜索PCI控制器初始化函数，因为pci设备众多，所以，应该能搜索带很多pci设备

比如这张图上，我们大概搜索到了drivesr/net/wireless下的 pci_init.o模块，显然这是无线网卡的驱动程序，在链接的时候，使用了pci_init.o模块。

然后c4100.h文件中也有pci_init,可能ce4100也是某种pci设备。

然后最后一个pci_x86.h中的x86_default_pci_init函数，

配置PCI控制器的端口号：一个地址，一个数据

不过这份代码似乎并不完全，也可能用了设计模式，所以很多逻辑不太好整理。

还是直接去官网下载一份源代码看：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.6.18.tar.xz

这份源码跟5.13版本思路是一致的，可以认为是5.13版本的完整版，基本上在5.13版本里有的代码它都有，5.13版本没有的，它也有。

这份源码中可以搜索到很多个init_pci函数，说明是不同设备，不同场景对pci设备的初始化。

初始化

在pci_enable_device中，又调用了pci_enable_device_flags

而图中的pci_read_config_worl最终调用的是汇编I/O端口写操作，这似乎印证了“通过I/O端口配置PCI控制器”的思路。

包括do_pci_enable_device函数里，展开之后

发现里面的函数，凡是涉及到read,write的，最后都可以查到是汇编实现的。

那么当网卡收到数据时，会不会发送中断信号呢？我们也和容易搜索到了e1000网卡驱动的中断开启和关闭，如下图：

e1000网卡的中断关闭与开启

其中ew32函数是经过内联汇编实现的。

通过以上对linux内核1.1版本，5.13版本，5.6版本的源码查找，大体上基本印证了用I/O配置PCI控制器，然后用中断机制与网卡进行数据通信的思路是正确的。

所以，后面的步骤是：

整理出5.6版本e1000网卡的基本结构。移植到30天自制操作系统教程上的操作系统harios上。

一、怎么装网卡驱动，我安装系统后网卡没驱动

电脑安装网卡驱动的具体操作方法为：

1、在电脑上下载驱动人生，下载完成后，点击打开驱动人生应用程序。

2、打开之后，应用程序会自动扫描驱动。

3、扫描完成后，找到网卡驱动选项。

4、之后点击右侧的开始升级即可安装网卡驱动。

二、如何安装win10系统无线网卡驱动

win10系统无线网卡驱动可通过以下步骤安装：
一、所需材料：
win10系统电脑，无线网卡；
二、在win10系统使用的两种情况：
1、系统可识别
大部分Win10系统集成了许多网卡芯片的驱动，故一般情况下，无线网卡插入电脑后即可直接使用，无需手动安装驱动。
2、系统不可识别
少部分无线网卡在插入电脑后，win10系统无法识别，这时则需手动安装程序。
三、具体操作步骤如下：
（1）win10系统可识别的操作步骤：
1、将无线网卡插入电脑后，win10系统会发现硬件并自动安装驱动，等系统自动安装完驱动后，右击桌面上的“计算机”，选择“管理”；

2、再点击“设备管理器”，如看到无线网卡的信息，则说明无线网卡已被正常识别；

3、左击桌面菜单的无线网络连接图标，选择对应无线路由器账户并点击“连接”；

4、输入无线信号密码后点击下一步，即可联网。

（2）win10系统不可识别的操作步骤：
1、在网站下载网卡对应Win10系统的驱动；

2、在“设备管理器”黄色标识的设备上，右击选择“更新驱动程序软件”；

3、选择“浏览计算机以查找驱动程序软件”，点击“浏览”，找到驱动程序所在的文件夹后，点击“确定”，再点击“下一步”；

4、如有以下提示，则选择“始终安装此驱动程序软件”，此时驱动已安装成功，即可联网。

三、网卡驱动

安装网卡驱动
1、检查网络线路连接和网卡是否良好。
2、安装网卡驱动。右击“我的电脑”----“属性”---“硬件”----“设备管理器”—展开“网络适配器”—看有没有黄色的问号？，有，说明缺网卡驱动，有“！”号，说明该驱动不能正常使用，将其卸载。（注意要记下，这是你使用的网卡型号）。
3、右击展开“网络适配器”下的网卡，从拉出的菜单中选“更新驱动程序”—打开“欢迎使用硬件更新向导”对话框—选“自动安装软件（推荐）--下一步—系统会自动安装—完成。
4、不能自动安装的，用下述办法安装。
（1）将网卡光盘放入光驱，右击“我的电脑”----“属性”---“硬件”----“设备管理器”，展开“网络适配器”，右击网卡—选“更新驱动程序”，打开“硬件更新向导”，选“是，仅这一次”---“下一步”---“自动安装软件”--“下一步”，系统即自动搜索并安装光盘中的声卡驱动程序，如果该光盘没有适合你用的声卡驱动，再换一张试试，直到完成。
（2）如果没有适合的光盘，到驱动之家、中关村在线、华军等网站下载驱动软件，下载驱动软件要注意：一是品牌型号要对，二是在什么系统上便用，三是要看该驱动软件公布的时间，最新的未必适合使用，可多下载几个，挑着使。
（3）下载的驱动软件一般有自动安装功能，打开即自动安装。不能自动安装的，解压后备用，要记下该软件在磁盘中的具体路径，如D：\ ……\……。右击“我的电脑”----“属性”---“硬件”----“设备管理器”，展开“网络适配器”右击网卡，选“更新驱动程序”，打开“硬件更新向导”，去掉“搜索可移动媒体”前的勾，勾选“从列表或指定位置安装”---“下一步”，勾选“在搜索中包括这个位置”，在下拉开列表框中填写要使用的声卡驱动文件夹的路径（D：\……\……---“下一步”，系统即自动搜索并安装你指定位置中的网卡驱动程序。