SylixOS中netdev_pbuf_alloc函數分析

1.netdev_pbuf_alloc函數簡介

netdev_pbuf_alloc是網卡驅動中的內存申請函數，申請一塊緩沖區用于存放網絡報文數據。

2.pbuf結構分析

netdev_pbuf_alloc函數以pbuf結構申請內存空間，如程序清單 2.1所示。

程序清單 2.1  pbuf結構

struct pbuf {
    struct pbuf      *next;                                                                  
    void             *payload;
    u16_t            tot_len;
    u16_t            len;
    u8_t             type;
    u8_t             flags;
    u16_t            ref;
};

3.pbuf_alloc函數封裝

netdev_pbuf_alloc函數是pbuf_alloc函數的函數封裝，對外提供的函數接口只帶有一個參數用于指定申請的緩沖區大小。而pbuf_alloc函數有三個參數，分別是申請的pbuf數據緩沖區是否帶有偏移，數據緩沖區大小及緩沖區類型。在netdev_pbuf_alloc函數中，申請的pbuf結構緩沖區數據偏移固定為0，緩沖區類型為PBUF_POOL。netdev_pbuf_alloc函數傳入的第二個參數緩沖區大小在調用pbuf_alloc函數申請pbuf結構時會被增加一個reserve長度，用于協議棧中的部分特殊操作。

3.1 pbuf_alloc函數第一個參數分析

在網絡中通信的數據報文，除了真正的數據段外，還包括了TCP/IP各層協議的報文頭。如用戶有特殊需求，要在應用層構建報文并直接通過網卡驅動發送，則需要申請pbuf結構的數據緩沖區帶有各層偏移，如程序清單 3.1所示。

程序清單 3.1  pbuf_alloc第一個參數分析

typedef enum {
  PBUF_TRANSPORT,                                        /*  傳輸層報文頭偏移          */
  PBUF_IP,                                               /*  IP層報文頭偏移           */
  PBUF_LINK,                                             /*  鏈路層報文頭偏移         */
  PBUF_RAW_TX,                                           /*  封裝鏈路層偏移           */
  PBUF_RAW                                               /*  無偏移                 */
} pbuf_layer;

3.2 pbuf_alloc函數第三個參數分析

申請pbuf結構需要指定pbuf類型，原因是不同類型的pbuf申請內存的方式不同，如程序清單 3.2所示。

程序清單 3.2  pbuf_alloc第三個參數分析

typedef enum {
  PBUF_RAM,                                                 /*  內存堆分配             */
  PBUF_ROM,                                                 /*  指向ROM空間內數據      */
  PBUF_REF,                                                 /*  指向RAM空間內數據      */
  PBUF_POOL                                                 /*  內存池分配             */
} pbuf_type;

PBUF_RAM類型的pbuf主要通過內存堆分配得到，協議棧劃分了一塊空間用于申請PBUF_RAM類型的pbuf，劃分的空間大小通過“libsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_MEM_SIZE”宏配置。

PBUF_REF和PBUF_ROM類型的pbuf基本相同，前者指向ROM空間內的某段數據，而后者指向RAM空間內的某段數據。PBUF_REF和PBUF_ROM類型的pbuf通過“libsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_NUM_PBUFS”宏配置在內存池中預分配pbuf的最大數量。

PBUF_POOL類型的pbuf通過內存池分配，這種類型的pbuf可以在極短時間內得到分配，在網卡驅動接收數據時，一般采用這種方式。協議棧會在內存池中預先分配適當數量和大小的內存空間，通過“libsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_POOL_SIZE和LW_CFG_LWIP_NUM_POOLS”宏配置。

3.3 PBUF_POOL類型pbuf申請流程

netdev_pbuf_alloc函數申請PBUF_POOL類型pbuf，若申請的緩沖區大于PBUF_POOL池中單個pbuf緩沖區長度，系統會分配多個固定大小的PBUF_POOL類型pbuf，并把這些pbuf鏈成一個鏈表，以滿足用戶的分配空間請求，如圖 3.1所示。

圖 3.1  PBUF_POOL類型pbuf申請流程

4.實際應用

網卡驅動收到數據后，會調用netdev_pbuf_alloc函數申請pbuf結構，并將數據拷貝至pbuf。當有大量數據被網卡驅動接收時，可能會造成申請pbuf結構失敗，原因是系統預分配的內存池中的pbuf結構已經全部被申請，還未被釋放。可以嘗試通過“libsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_POOL_SIZE和LW_CFG_LWIP_NUM_POOLS”宏配置增大pbuf緩沖區大小和數量解決pbuf結構申請失敗問題。