如何在自制操作系统写网卡驱动程序(怎么写网卡驱动)
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。
