网络设备驱动核心：struct net_device 结构体详解、网络设备注册与注销、MTU 与 MAC 地址配置

各位做嵌入式Linux的朋友，咱们今天来啃一块硬骨头——网络设备驱动。说实话，我刚入行那会儿，看到 struct net_device 这个结构体，头都大了。几百行的成员变量，看着就让人发怵。但后来我发现，真正核心的其实就那么几个。

你想想看，一个网络设备在Linux内核里到底长什么样？说白了，就是 struct net_device 这个庞然大物。它就像设备的身份证，记录了设备的一切信息——名字、地址、状态、操作函数指针……

struct net_device 核心成员解析

这个结构体定义在 include/linux/netdevice.h 里，成员多得吓人。但我个人习惯，只关注以下几类：

分类	关键成员	说明
标识信息	char name[IFNAMSIZ]	设备名，如 eth0、wlan0
	int ifindex	内核分配的唯一索引
地址信息	unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN]	MAC 地址，驱动必须设置
	unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN]	广播地址，通常是 FF:FF:FF:FF:FF:FF
配置参数	int mtu	最大传输单元，默认 1500
	unsigned int flags	设备标志，如 IFF_UP、IFF_RUNNING
操作函数集	const struct net_device_ops *netdev_ops	驱动核心回调，必须实现
	const struct ethtool_ops *ethtool_ops	ethtool 工具支持
数据收发	struct net_device_stats stats	统计信息，发包/收包计数
	netdev_features_t features	硬件特性标志，如校验和卸载

网络设备注册与注销

设备注册，说白了就是把你的 net_device 告诉内核，让它纳入管理。流程其实不复杂：

1. 分配结构体：用 alloc_etherdev() 或 alloc_netdev()
2. 初始化成员：设置 MAC、MTU、操作函数集
3. 注册设备：调用 register_netdev()
4. 注销设备：调用 unregister_netdev() + free_netdev()

来看一段典型的注册代码：

// 分配以太网设备
struct net_device *ndev = alloc_etherdev(sizeof(struct my_priv));

if (!ndev) {
    printk(KERN_ERR "Failed to alloc netdev\n");
    return -ENOMEM;
}

// 设置操作函数集
ndev->netdev_ops = &my_netdev_ops;

// 设置 MAC 地址（从硬件读取或使用随机地址）
eth_hw_addr_set(ndev, mac_addr);

// 设置 MTU（可选，默认 1500）
ndev->mtu = 1500;

// 注册设备
int ret = register_netdev(ndev);
if (ret) {
    printk(KERN_ERR "Failed to register netdev\n");
    free_netdev(ndev);
    return ret;
}

// 保存私有数据指针
struct my_priv *priv = netdev_priv(ndev);
priv->ndev = ndev;

注销时顺序反过来：

unregister_netdev(ndev);  // 先通知内核设备下线
// 这里可以释放硬件资源
free_netdev(ndev);        // 最后释放 net_device 结构体

MTU 与 MAC 地址配置

这两个参数，是网络设备最基础的配置。咱们一个一个说。

MTU——最大传输单元

MTU 决定了你的设备一次能发多大的包。默认 1500 字节，这是以太网的标准值。但有些场景需要调整：

• VPN 隧道：需要减小 MTU，避免分片
• Jumbo Frame：数据中心用 9000 字节，提升吞吐
• 低速无线：可能设小一点，减少重传代价

驱动里怎么处理 MTU 变化？实现 ndo_change_mtu 回调：

static int my_change_mtu(struct net_device *ndev, int new_mtu)
{
    // 检查范围
    if (new_mtu < 68 || new_mtu > 9000) {
        netdev_err(ndev, "Invalid MTU %d\n", new_mtu);
        return -EINVAL;
    }

    // 更新 MTU
    ndev->mtu = new_mtu;

    // 如果设备正在运行，可能需要重新分配缓冲区
    if (netif_running(ndev)) {
        // 重新分配 DMA 缓冲区以适应新 MTU
        my_realloc_buffers(ndev);
    }

    return 0;
}

MAC 地址——设备的身份证

MAC 地址是网络设备的物理标识。驱动里通常有两种方式获取：

1. 从硬件读取：EEPROM 或寄存器里存着厂商分配的 MAC
2. 随机生成：有些虚拟设备用随机 MAC

设置 MAC 地址的标准做法：

// 从硬件读取 MAC
u8 mac_addr[ETH_ALEN];
read_from_hw_eeprom(mac_addr);

// 设置到 net_device
eth_hw_addr_set(ndev, mac_addr);

// 或者用随机 MAC（用于测试）
eth_random_addr(mac_addr);
eth_hw_addr_set(ndev, mac_addr);

如果想让用户能通过 ifconfig 改 MAC，需要实现 ndo_set_mac_address：

static int my_set_mac(struct net_device *ndev, void *addr)
{
    struct sockaddr *sa = addr;

    if (!is_valid_ether_addr(sa->sa_data))
        return -EADDRNOTAVAIL;

    // 更新硬件 MAC 寄存器
    write_mac_to_hw(sa->sa_data);

    // 更新软件 MAC
    eth_hw_addr_set(ndev, sa->sa_data);

    return 0;
}

知识结构总览

下面这张图，把咱们今天讲的内容串起来了：