【嵌入式linux】修改网口MAC地址

使用带有网络功能的设备时，如果局域网内可能会连接很多台设备，为了保证网络通信正常，要确保每台设备的硬件MAC地址都不相同，一般在批量生产的时候可以根据产品序列号(sn号)固化每台设备的MAC地址，防止出现MAC冲突的问题。

修改MAC地址方法：
一、应用层
1.通过命令ifconfig修改:
ifconfig xxx(网口名) down
ifconfig xxx(网口名) hw ether xx:xx:xx:xx:xx:xx(MAC地址)
ifconfig xxx up（重启网卡）
如下图

2.通过linux的socket接口修改(上面命令行本质上也是这样实现的)
如下部分实现代码

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<net/if.h>#include<arpa/inet.h>#include<sys/ioctl.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<linux/route.h>int fd =-1;structifreq ifr;

fd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);if(fd <0){printf("socket error\n");}memset(&ifr,0,sizeof(ifr));strcpy(ifr.ifr_name,eth_name);setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_BINDTODEVICE,(char*)&ifr,sizeof(ifr));if(ioctl(fd,SIOCGIFHWADDR,&ifr)<0)//获得MAC地址{printf("ioctl SIOCSIFHWADDR error\n");}unsignedchar mac[6]={12,23,34,45,56,67};memcpy(ifr.ifr_hwaddr,mac,6);if(ioctl(fd,SIOCSIFHWADDR,&ifr)<0)//设置MAC地址{printf("ioctl SIOCSIFHWADDR error\n");}

在应用层修改MAC比较灵活方便，由app可随时设置和管理MAC地址。

二、kernel层修改
修改网卡的设备驱动，原理和下面uboot修改相似。在此不叙述。

三、uboot修改
kernel的网卡设备驱动最终是根据读网卡的MAC地址寄存器来向上层传递MAC地址的，因此在uboot修改相关寄存器也可以实现修改MAC地址。
这里以2019.01的uboot为例子。首先在uboot源码找到网络设备驱动的核心层，看看是怎么配置和初始化网络设备的。
uboot/ /net/eth-uclass.c (新的驱动基本使用DM框架，驱动核心层一般在xxx-uclass.c，老的在xxx_legacy.c一般不使用)。在网口eth_post_probe入口函数找到关于MAC地址的配置接口。

/* Check if the device has a MAC address in ROM */if(eth_get_ops(dev)->read_rom_hwaddr)eth_get_ops(dev)->read_rom_hwaddr(dev);eth_env_get_enetaddr_by_index("eth", dev->seq, env_enetaddr);if(!is_zero_ethaddr(env_enetaddr)){if(!is_zero_ethaddr(pdata->enetaddr)&&memcmp(pdata->enetaddr, env_enetaddr, ARP_HLEN)){printf("\nWarning: %s MAC addresses don't match:\n",
        dev->name);printf("Address in ROM is %pM\n",
        pdata->enetaddr);printf("Address in environment is %pM\n",
        env_enetaddr);}/* Override the ROM MAC address */memcpy(pdata->enetaddr, env_enetaddr, ARP_HLEN);}elseif(is_valid_ethaddr(pdata->enetaddr)){eth_env_set_enetaddr_by_index("eth", dev->seq, pdata->enetaddr);printf("\nWarning: %s using MAC address from ROM\n",
    dev->name);}elseif(is_zero_ethaddr(pdata->enetaddr)||!is_valid_ethaddr(pdata->enetaddr)){#ifdefCONFIG_NET_RANDOM_ETHADDRnet_random_ethaddr(pdata->enetaddr);printf("\nWarning: %s (eth%d) using random MAC address - %pM\n",
dev->name, dev->seq, pdata->enetaddr);#elseprintf("\nError: %s address not set.\n",
dev->name);return-EINVAL;#endif}

可得出在uboot设置MAC地址大概流程:通过在外部存储介质（ROM）、环境变量env读取或随机生成MAC地址保存到匹配到的网卡外设的驱动数据dev->platdata->enetaddr(6个字节，16进制数格式存放)里,在后续uboot初始化硬件外设的时候调用向MAC控制器的相关寄存器写MAC地址的接口，实现将enetaddr写入硬件。这里有三种方法获得MAC地址:
1.若设备驱动有实现read_rom_hwaddr接口则执行，实现从ROM中读取MAC地址保存到设备的驱动数据eth_pdata结构体中。这里以zynq-7010平台、ROM为qspi flash W25q512为例，网口的设备驱动在uboot/drivers/net/zynq_gem.c里面实现。

staticconststructeth_ops zynq_gem_ops ={.start = zynq_gem_init,.send = zynq_gem_send,.recv = zynq_gem_recv,.free_pkt = zynq_gem_free_pkt,.stop = zynq_gem_halt,.write_hwaddr = zynq_gem_setup_mac,.read_rom_hwaddr = zynq_gem_read_rom_mac,};

__weak intzynq_board_read_rom_ethaddr(unsignedchar*ethaddr){return-ENOSYS;}staticintzynq_gem_read_rom_mac(structudevice*dev){structeth_pdata*pdata =dev_get_platdata(dev);if(!pdata)return-ENOSYS;returnzynq_board_read_rom_ethaddr(pdata->enetaddr);}

*若有定义和实现int zynq_board_read_rom_ethaddr(unsigned char ethaddr
)则会调用该接口实现从rom读取MAC地址，否则执行上述末默认弱连接的接口。这里在
uboot/board/xilinx/zynq/board.c自定义该接口的实现。

intzynq_board_read_rom_ethaddr(unsignedchar*ethaddr){int ret =0;/*这里为了方便测试，手动设置MAC地址*/#if1
    ethaddr[0]==0x00；
    ethaddr[1]==0xa8；
    ethaddr[2]==0x22；
    ethaddr[3]==0x12；
    ethaddr[4]==0x34；
    ethaddr[5]==0x56；
    #endif/*实际使用下面接口读取spi flash特定区域的内容，可自由添加读写flash、emmc、epprom等ROM的接口实现在ROM读取mac地址*/#if0unsignedint mac_offset=0x210000;//在flash的0x210000存取MAC地址unsignedint len=6;
    ret =board_spi_flash_probe();//匹配spi flashif(ret){printf("spi_flash_probe fail \n");return-1;}
    
    ret =spi_flash_read(board_spi_flash, mac_offset, len, ethaddr);//从spi flashif(ret){return-2;}#endifreturn ret;}

2.MAC地址从环境变量env中获得。在上面的eth_env_get_enetaddr_by_index(“eth”, dev->seq, env_enetaddr)接口实现获得MAC地址，这种方法需要在env中定义ethaddr=xx:xx:xx:xx:xx:xx。

inteth_env_get_enetaddr_by_index(constchar*base_name,int index,
uchar *enetaddr){char enetvar[32];sprintf(enetvar, index ?"%s%daddr":"%saddr", base_name, index);returneth_env_get_enetaddr(enetvar, enetaddr);}

3.当上述都不能获得有效的MAC地址，可以使用net_random_ethaddr(pdata->enetaddr);根据定时器产生的随机数生成有效、随机的MAC地址。

staticinlinevoidnet_random_ethaddr(uchar *addr){int i;unsignedint seed =get_timer(0);for(i =0; i <6; i++)
    addr[i]=rand_r(&seed);
    
    addr[0]&=0xfe;/* clear multicast bit */
    addr[0]|=0x02;/* set local assignment bit (IEEE802) */}

正确获取到MAC地址后写入MAC控制器相关寄存器调用流程:
uboot/common/board_r.c的initr_net()->eth-uclass.c的eth_initialize()->eth-uclass.c的eth_write_hwaddr(dev);->设备驱动zynq_gem.c的zynq_gem_ops.write_hwaddr →最后通过zynq_gem_setup_mac实现写入MAC控制器的MAC地址寄存器的操作。

staticintzynq_gem_setup_mac(structudevice*dev){
    u32 i, macaddrlow, macaddrhigh;structeth_pdata*pdata =dev_get_platdata(dev);structzynq_gem_priv*priv =dev_get_priv(dev);structzynq_gem_regs*regs = priv->iobase;/* Set the MAC bits [31:0] in BOT */
    macaddrlow = pdata->enetaddr[0];
    macaddrlow |= pdata->enetaddr[1]<<8;
    macaddrlow |= pdata->enetaddr[2]<<16;
    macaddrlow |= pdata->enetaddr[3]<<24;/* Set MAC bits [47:32] in TOP */
    macaddrhigh = pdata->enetaddr[4];
    macaddrhigh |= pdata->enetaddr[5]<<8;for(i =0; i <4; i++){writel(0,&regs->laddr[i][LADDR_LOW]);writel(0,&regs->laddr[i][LADDR_HIGH]);/* Do not use MATCHx register */writel(0,&regs->match[i]);}writel(macaddrlow,&regs->laddr[0][LADDR_LOW]);writel(macaddrhigh,&regs->laddr[0][LADDR_HIGH]);return0;}
寄存器结构体
/* Device registers */structzynq_gem_regs{
u32 nwctrl;/* 0x0 - Network Control reg */
u32 nwcfg;/* 0x4 - Network Config reg */
u32 nwsr;/* 0x8 - Network Status reg */
u32 reserved1;
u32 dmacr;/* 0x10 - DMA Control reg */
u32 txsr;/* 0x14 - TX Status reg */
u32 rxqbase;/* 0x18 - RX Q Base address reg */
u32 txqbase;/* 0x1c - TX Q Base address reg */
u32 rxsr;/* 0x20 - RX Status reg */
u32 reserved2[2];
u32 idr;/* 0x2c - Interrupt Disable reg */
u32 reserved3;
u32 phymntnc;/* 0x34 - Phy Maintaince reg */
u32 reserved4[18];
u32 hashl;/* 0x80 - Hash Low address reg */
u32 hashh;/* 0x84 - Hash High address reg */#defineLADDR_LOW0#defineLADDR_HIGH1
u32 laddr[4][LADDR_HIGH +1];/* 0x8c - Specific1 addr low/high reg */
u32 match[4];/* 0xa8 - Type ID1 Match reg */
u32 reserved6[18];#defineSTAT_SIZE44
u32 stat[STAT_SIZE];/* 0x100 - Octects transmitted Low reg */
u32 reserved9[20];
u32 pcscntrl;
u32 rserved12[36];
u32 dcfg6;/* 0x294 Design config reg6 */
u32 reserved7[106];
u32 transmit_q1_ptr;/* 0x440 - Transmit priority queue 1 */
u32 reserved8[15];
u32 receive_q1_ptr;/* 0x480 - Receive priority queue 1 */
u32 reserved10[17];
u32 upper_txqbase;/* 0x4C8 - Upper tx_q base addr */
u32 reserved11[2];
u32 upper_rxqbase;/* 0x4D4 - Upper rx_q base addr */};

下图为MAC控制器的寄存器表

这里分别测试了从ROM读取和在env定义MAC地址的两种情况
1.在flash读取MAC地址（上述方法1）。重新编译、烧录UBOOT。系统启动后网卡配置如下，MAC已成功修改为00:A8:22:12:34:56如下图

2.在env镜像添加MAC地址00:0A:22:11:22:33。如下。重新编译生成env镜像存入flash中，然后重新启动。
如下图定义ethaddr环境变量属性

uboot启动时提示MAC定义冲突的警告，从之前的流程分析这里会优先使用env的MAC地址

系统启动后如下MAC地址为env定义的ethaddr，验证成功。