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01 总体架构与分层设计

01 总体架构与分层设计

源码：drivers/net/ethernet/stmicro/stmmac/
关联：stmmac.h、common.h、hwif.h、hwif.c

1. 设计目标

STMMAC 驱动需同时支持：

  1. 多代 Synopsys IP（GMAC3 → GMAC4 → DWMAC5 → XGMAC/XLGMAC）
  2. 数十种 SoC Platform Glue（Rockchip、NXP、Qualcomm、ST 等）
  3. 完整 netdev 特性（多队列、offload、PTP、TC、XDP）

核心策略：核心逻辑与硬件/平台解耦，通过 ops 表和平台数据注入实现扩展。

2. 三层架构

flowchart TB
    subgraph App["Linux 网络栈"]
        NET["net/core/dev.c"]
        TC["net/sched"]
    end

    subgraph L2["L2 核心驱动 stmmac_main.c"]
        NDO["net_device_ops"]
        DMA["DMA Ring 管理"]
        NAPI["NAPI / IRQ"]
    end

    subgraph L3["L3 HWIF"]
        OPS["mac/dma/desc/ptp/tc/mmc ops"]
    end

    subgraph L1["L1 Platform Glue"]
        PLAT["plat_stmmacenet_data"]
        BSP["bsp_priv 回调"]
    end

    NET --> NDO
    TC --> NDO
    NDO --> DMA
    DMA --> OPS
    L1 --> L2
    OPS --> REG["MMIO 寄存器"]

2.1 L1 — Platform Glue

输入：Device Tree / ACPI / 平台数据
输出：plat_stmmacenet_data + stmmac_resources

回调字段 典型用途
fix_mac_speed 切换 RGMII/RMII 时钟分频
get_eth_addr 从 OTP/eFuse 读 MAC
integrated_phy_power 内置 PHY 上下电
clks_config 运行时门控 MAC 时钟
bsp_priv SoC 私有数据（如 rk_priv_data）

统一入口：所有 Glue 最终调用 stmmac_dvr_probe(device, plat_dat, res)。

2.2 L2 — Core Driver

stmmac_main.c 是驱动中枢（约 8360 行），职责：

  • 实现 net_device_ops 全套回调
  • 管理 TX/RX descriptor ring 与 buffer 生命周期
  • 调度 NAPI、处理中断、错误恢复
  • 协调 phylink、PTP、TC、XDP 等子模块

不直接操作版本相关寄存器，而是通过 HWIF 宏调用 L3。

2.3 L3 — HWIF（Hardware Interface）

hwif.c 在 probe 时：

  1. 读取 GMAC_VERSION 或 GMAC4_VERSION 寄存器
  2. 在 stmmac_hw[] 表中匹配 Synopsys ID
  3. 将对应 ops 指针填入 mac_device_info
  4. 调用版本专用 setup()（如 dwmac4_setup()）

调用示例：

1
2
stmmac_start_tx(priv, priv->ioaddr, chan);
// 展开为：priv->hw->dma->start_tx(ioaddr, chan)

3. 核心数据结构关系

classDiagram
    class net_device {
        +netdev_ops
        +features
    }
    class stmmac_priv {
        +ioaddr
        +hw
        +dma_conf
        +channel[]
        +phylink
        +plat
    }
    class mac_device_info {
        +mac ops
        +dma ops
        +desc ops
        +ptp ops
        +tc ops
        +mmc ops
    }
    class plat_stmmacenet_data {
        +tx_queues_to_use
        +rx_queues_to_use
        +fix_mac_speed()
        +bsp_priv
    }
    class stmmac_dma_conf {
        +tx_queue[]
        +rx_queue[]
    }

    net_device --> stmmac_priv : netdev_priv
    stmmac_priv --> mac_device_info : hw
    stmmac_priv --> plat_stmmacenet_data : plat
    stmmac_priv --> stmmac_dma_conf : dma_conf

4. 队列与 NAPI 模型

每个 channel 对应一对（或合并）NAPI：

结构体 关键字段 作用
stmmac_tx_queue cur_tx, dirty_tx, dma_tx TX ring 与 skb 映射
stmmac_rx_queue cur_rx, page_pool, buf_pool RX ring 与页缓冲
stmmac_channel rx_napi, tx_napi, rxtx_napi 软中断上下文

AF_XDP zero-copy 启用时，同一 channel 使用 rxtx_napi 合并 poll。

5. 设计模式

模式 实现
Strategy mac_device_info 下各 ops 表
Template Method probe 固定流程，HW 步骤由 ops 填充
Dependency Injection plat_stmmacenet_data 回调
Per-CPU / cacheline 热路径结构体 ____cacheline_aligned

6. 编译与配置关系

1
2
3
4
5
CONFIG_STMMAC_ETH          → stmmac.ko（必选）
CONFIG_STMMAC_PLATFORM     → stmmac-platform.ko
CONFIG_DWMAC_ROCKCHIP      → dwmac-rockchip.ko
CONFIG_STMMAC_FULL         → 全版本 IP 支持（非仅 4.10）
CONFIG_STMMAC_ETHTOOL      → ethtool 接口

RK3588 典型 defconfig 会同时启用 ETH + PLATFORM + ROCKCHIP + FULL + ETHTOOL。

7. 与内核网络栈边界

方向 接口
下行（栈→驱动） ndo_start_xmit、ndo_open、ndo_setup_tc、ndo_bpf
上行（驱动→栈） napi_gro_receive、netif_receive_skb
链路 phylink → phylib / PCS
管理 ethtool_ops、rtnetlink

8. 扩展新平台步骤

  1. 新增 dwmac-xxx.c，实现 probe/remove
  2. 填充 plat_stmmacenet_data（队列、接口类型、回调）
  3. 调用 stmmac_dvr_probe()
  4. 在 Makefile / Kconfig 注册
  5. 提供 DTS binding（snps,dwmac 或厂商 compatible）

无需修改 stmmac_main.c，除非有新硬件特性需核心支持。

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