如何选购服务器网卡驱动程序（在30天自制操作系统上编写网卡驱动）

在30天自制的操作系统上编写网卡驱动，对我来说，是件比较有挑战的事情。

资料难找，没有在30天自制操作系统上的驱动资料，现有的资料都是linux系统上的资料，或者windows系统上的资料，而30天自制操作系统本身是一个新的系统，是书上给出的一个操作系统样例，供大家学习的教学用的操作系统，所以，在这个操作系统上，还没对的驱动发开提供接口。比如linux操作系统或者是windows操作系统都对驱动开发做了支持的，其内核已经实现了对网卡的支持，然后驱动开发人员直接调用操作系统提供的函数去控制网卡就行了。

30天自制操作系统本身就没有对网卡的任何支持，更别说开发一些驱动开发的接口出来了。整体来说，比较有挑战。具体做的话，得先在操作系统内部把驱动运行起来，然后再把相关控制网卡的函数开放出来，供大家在此操作系统上开发驱动程序。

本来想看看linux系统的驱动程序是怎么写的，想移植过来，后来发现不可能直接抄linux系统的驱动程序，windows上的驱动程序，因为操作系统不同。

所以，要写网卡驱动，就得按照嵌入式开发的思路，在现有的30天自制的操作系统上，直接去控制网卡收发数据，网络协议解析等。

万事开头难，在自制操作系统上开发网卡驱动也是这样的。

首先的困难就是没有对网卡设备的发现程序。现在是在虚拟机上把30天自制操作系统运行起来的，虚拟机可能有虚拟的网卡，也可能没有。

后来通过对PCI总线的检测，发现了几个网卡的型号，也算解决了网卡的问题。用虚拟的网卡做实验。

然后紧接着一个问题就是：虚拟的网卡并没有将真实网卡的功能全部模拟。虚拟机只是模拟了真实网卡的部分功能，当你按照网卡的datasheet去操作虚拟网卡的时候，发现虚拟网卡没有反馈。

后来更换了虚拟机，发现有的虚拟机还是可以模拟出网卡的datasheet上的所有功能的。所以，是可以用虚拟机来开发网卡驱动的。

有了可以实验用的虚拟网卡，就可以开始着手开发网卡驱动了。按照datasheet以及嵌入式开发的一些例子，先尝试去读取和写入网卡芯片，然后再尝试让网卡发送数据，接收数据，然后再尝试去按照网络协议去组织数据发送出去，然后按照网络协议接收数据。这样一步一步的，步步为营。

想法虽然很好，但是真正开始开发时，又遇到一个问题：

我手头的虚拟机中的操作系统如何联网呢？

如果虚拟机里安装了一个windows,或者linux,那么我们很容易找到教程，去设置联网问题。现在我们手头的是一个还没有开发网卡驱动的操作系统，根本没有教程教怎么联网。甚至如果是真实的主板，我们还能把网线插上，这就表示它联网了，等着开发网卡驱动程序就行了，但是现在是虚拟机，怎么知道，怎么确认虚拟机的网线插上了？

不过以上问题最后都得到了解决。遇到问题是困难的，但是解决问题的那一瞬间就很幸福了。

我是如何找到网卡的

因为在虚拟机里安装linux操作系统后，linux操作系统是可以联网的。

所以，虚拟机本身肯定是带有网卡的，并且这个网卡也是能用的。

那么，如何把虚拟机上的网卡用起来？ 查看到网卡的型号，然后搜索网卡芯片的类型，芯片有datasheet,datasheet上就详细说明了网卡如何使用。

不过在去控制网卡之前，要解决一个问题：如何让30自制操作系统找到这个网卡呢？

通过查找资料，我们发现，网卡一般都是通过PCI设备连接到CPU的。所以可以通过对PCI设备做个检索。

那么如何在30天自制操作系统上检索PCI设备呢？

我们的虚拟机的X86架构的CPU，这个CPU要检索PCI设备，只用通过IO端口就可以了，通过对某些固定的IO端口进行读写，就可以检索PCI设备了。

于是写程序去对相应端口进行检索，检索以后，发现，果然有网卡，并且型号为RTL8029.

这样，我就在30自制操作系统上找到网卡了。

后来发现，其实虚拟机启动的时候，是可以设置网卡的。

比如qemu可以通过如下命令设置网卡型号为ne2k_PCI,即ne2000网卡，并且这个网卡是通过PCI与CPU相连的。所以，这样设置之后，我们就可以通过端口控制PCI,从而找到这个网卡了。

其实qemu上虚拟的网卡类型挺多的，如下：

其中e1000是qemu虚拟机默认的网卡，我们这里由于最先接触了TRL8029网卡，所以就选了与TRL8029网卡兼容的ne2k_pci。

除了可以把30天自制操作系统放到qemu虚拟机上，也可以放到parallels虚拟机上，parallels在配置界面上设置网卡型号：

可以看到，这两种虚拟机都实现了RTL8029网卡。

又是如何找到比较好用的虚拟网卡的

但是，找到虚拟网卡是第一步。

为什么这样说呢？

真正对网卡进行控制的时候，就发现qemu中的ne2k网卡，其实不能按照8029datasheet所提供的方式去控制：有些寄存器可以设置，有的不可以。这就是说：可能qemu虚拟网卡的功能不全，也可能8029网卡虽然与ne2k兼容，但是又是不同的，所以不能用控制8029方式去控制ne2k。可是，我现在就只有8029网卡的datasheet比较全面，ne2k的找到了零散几页。

这里展示一下找到虚拟网卡后，发现虚拟网卡功能不全的细节：

使用30自制操作系统自带的qemu.exe虚拟机，发现对网卡芯片8029的RCR,TCR,IMR等配置寄存器无法写入与读取，但对CR寄存器等却可以读取。这意味着qemu.exe虚拟机的网卡只能按照某种方式去接收，发送数据，但是真实的网卡是可以按照很多方式去接收发送数据的，我们做驱动开发也是要多种方式去验证的，所以qemu.exe上自带的8029网卡就无法使用了。

这让我的网卡驱动开发工作暂时停了下来。

发现还是不行，无法控制几个重要的配置寄存器去做回环测试。

可能虚拟机中的网卡没有将这些配置寄存器虚拟化。

那怎么办？

直接。。

后来有尝试了将我的qemu更新到最新的版本，发现有一些寄存器可以使用了，但是还是有若干个寄存器无法使用。

看来得去找一块真正的而不是虚拟的TRL-8029网卡了？

不过还是虚拟网卡比较方便些。既然RTL8029不能操作，那么其他网卡型号能不能使用呢？比如e1000网卡。

于是我试着去找e1000网卡的datasheet,发现还是比较全面的，似乎也可以用。datasheet直接从Intel的官方,去下载就行了。不过操作办法有一些变化，之前很多专门控制8029的代码就不能用了。

通过 PCI配置发现，虚拟机默认的网卡是8086-100f的，这个网卡就是e1000网卡，那么这个网卡内部的芯片是什么呢？

http://pci-ids.ucw.cz/v2.2/pci.ids

在这个网站里，查到：

芯片是82545EM,那么就可以去找这个芯片的datasheet了。

其实在ubuntu上通过lspci -v命令，也可以查看到，网卡类型为e1000e时，其芯片是intel 的82574L

当指定了网卡类型为2k_pci后，就可以查看到TRL-8029了，如下图

ne2k_pci

可以看到，这个网卡的IO端口时C000，内存映射的位置是0xfeb80000,这里disabled的意思可能是指：当前网卡不支持内存映射访问，只支持IO端口。

不过，最终，我在paralles虚拟机上试了试它提供的RTL8029AS虚拟网卡，发现与我手头的datasheet是完全匹配的。原来在qemu上的那么不能操作的关键寄存器，现在都能够操作了。

这是一个关于qemu上关于虚拟网卡的处理过程，如果不是paralles上的虚拟网卡能用，我恐怕就要去详细看看qemu内部到底是如何虚拟化网卡的了：https://blog.csdn.net/dillanzhou/article/details/120169734

如何确定网卡驱动虚拟机有联网

虚拟机中的ubutu系统是有联网的

既然，虚拟机中的ubuntu可以联网，那么虚拟机中的自制操作系统也是可以联网的。

其实，qemu联网也是很方便的，按如下命令来启动：

这里的参数-net user,虚拟机就会简历一个局域网，虚拟一个DHCP服务器来让虚拟机中操作系统获取IP地址。这种连接方式对于我们来说就够用了，因为我们写好网卡的发送程序后，就可以发送一些DHCP消息，去和DHCP服务器互动。

qemu还有一种联网方式是利用网桥，但是这个就需要安装在虚拟机内部的操作系统去连接这个网桥。但是，我们现在手头的30天自制操作系统还没有任何网络设备可用，所以，就不可能去连接这个网桥了。当然，这种方法连接后，虚拟机是可以连接到真实的局域网内部的，就是可以获取一个IP地址，这个IP地址是与运行虚拟机的电脑同一个局域网的。

通过网桥的连接方式就等网卡驱动开发好之后，再尝试做。

不过，由于qemu中的8029网卡我们操作不好，所以，自制操作系统通过qemu虚拟机的联网方式，我没有机会去验证。

在paralles中的8029网卡的寄存器可以被操作，也试了paralles中是否可以联网，发现是可以的，每收到一些网络信息，paralles右上角的网络信号会闪烁：

右上角的蜘蛛网亮起，表示网卡有收到数据

右上角的蜘蛛网灭，网卡没有收到数据

闪烁这个很鼓励人的。当我们操作网卡尝试发送数据，但是接收多次方毫无反应，抓包软件也抓取不到，就会很失望：难道我们控制网卡发送数据的方式错了么？但是网卡的操作手册上就是这么写的呀？无从下手。当看到这个标志有闪烁的时候，并且它与我们的发送动作是一致的：每次我按发送键，它就亮；我就基本可以确定，我确实有控制到网卡。那问题就出在我发出去的数据，可能格式不对，所以抓包软件抓不到。

只要确定我们能真的控制到网卡发送出去数据，那就好办了：

就是继续详细的查看到底格式错在哪里？再把DHCP协议，IP协议，ethernet协议所要求的字段，每个字段的长度，以及需要补零的数量搞搞清楚。

这就是paralles中这个蜘蛛网闪烁的意义。

这就相当于真实网卡的网线头子的那两个灯了：

所以，网线头子插口处的link灯和act灯，就是驱动开发人员看到希望的指路明灯。

当前的进度

实现了控制8029收发数据。

实现了按照DHCP协议去向DHCP服务器申请IP地址。其实实现DHCP，就是实现UDP，IP，ehternet协议。

实现了按照arp协议去数据，然后解读ARP消息，回应APR消息，

后续准备：1. 实现一下对ICMP消息的回应：即回应ping命令2. 尝试利用IP协议传输较长的数据，即IP协议中的分段传输在重组。3. 实现TCP协议，HTTP协议，尝试开发一个简单的网页服务器。不过这好像超出网卡驱动的范畴了，网页服务器还是不要在操作系统内部开发，要等网卡驱动接口通过0x40中断开放给APP后，开发一个网页服务器APP。4. 因为当前这些驱动都是在操作系统内部写的，所以后续需要将内部驱动程序中的函数做成接口，通过0x40中断开放出去，这样也就支持了在30天操作系统上进行网络编程，利用这些接口，可以开发一个ping,开发一个arp，或者开发一个网页服务器。

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