New upstream version 18.02
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / link_status_intr.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation.
3
4 Link Status Interrupt Sample Application
5 ========================================
6
7 The Link Status Interrupt sample application is a simple example of packet processing using
8 the Data Plane Development Kit (DPDK) that
9 demonstrates how network link status changes for a network port can be captured and
10 used by a DPDK application.
11
12 Overview
13 --------
14
15 The Link Status Interrupt sample application registers a user space callback for the link status interrupt of each port
16 and performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
17 The following operations are performed:
18
19 *   RX_PORT and TX_PORT are paired with available ports one-by-one according to the core mask
20
21 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
22
23 *   The destination MAC address is replaced by 02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
24
25 This application can be used to demonstrate the usage of link status interrupt and its user space callbacks
26 and the behavior of L2 forwarding each time the link status changes.
27
28 Compiling the Application
29 -------------------------
30
31 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
32
33 The application is located in the ``link_status_interrupt`` sub-directory.
34
35 Running the Application
36 -----------------------
37
38 The application requires a number of command line options:
39
40 .. code-block:: console
41
42     ./build/link_status_interrupt [EAL options] -- -p PORTMASK [-q NQ][-T PERIOD]
43
44 where,
45
46 *   -p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
47
48 *   -q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
49
50 *   -T PERIOD: statistics will be refreshed each PERIOD seconds (0 to disable, 10 default)
51
52 To run the application in a linuxapp environment with 4 lcores, 4 memory channels, 16 ports and 8 RX queues per lcore,
53 issue the command:
54
55 .. code-block:: console
56
57     $ ./build/link_status_interrupt -l 0-3 -n 4-- -q 8 -p ffff
58
59 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
60 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
61
62 Explanation
63 -----------
64
65 The following sections provide some explanation of the code.
66
67 Command Line Arguments
68 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
69
70 The Link Status Interrupt sample application takes specific parameters,
71 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments (see Section `Running the Application`_).
72
73 Command line parsing is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
74 See :ref:`l2_fwd_app_cmd_arguments` for more information.
75
76 Mbuf Pool Initialization
77 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
78
79 Mbuf pool initialization is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
80 See :ref:`l2_fwd_app_mbuf_init` for more information.
81
82 Driver Initialization
83 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
84
85 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
86 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver in the
87 *DPDK Programmer's Guide and the DPDK API Reference*.
88
89 .. code-block:: c
90
91     if (rte_pci_probe() < 0)
92         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot probe PCI\n");
93
94     nb_ports = rte_eth_dev_count();
95     if (nb_ports == 0)
96         rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");
97
98     /*
99      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
100      */
101
102     for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
103         /* skip ports that are not enabled */
104
105         if ((lsi_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
106             continue;
107
108         /* save the destination port id */
109
110         if (nb_ports_in_mask % 2) {
111             lsi_dst_ports[portid] = portid_last;
112             lsi_dst_ports[portid_last] = portid;
113         }
114         else
115             portid_last = portid;
116
117         nb_ports_in_mask++;
118
119         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
120     }
121
122 Observe that:
123
124 *   rte_pci_probe()  parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
125
126 The next step is to configure the RX and TX queues.
127 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
128 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
129 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
130
131 .. code-block:: c
132
133     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t) portid, 1, 1, &port_conf);
134     if (ret < 0)
135         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
136
137 The global configuration is stored in a static structure:
138
139 .. code-block:: c
140
141     static const struct rte_eth_conf port_conf = {
142         .rxmode = {
143             .split_hdr_size = 0,
144             .header_split = 0,   /**< Header Split disabled */
145             .hw_ip_checksum = 0, /**< IP checksum offload disabled */
146             .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
147             .hw_strip_crc= 0,    /**< CRC stripped by hardware */
148         },
149         .txmode = {},
150         .intr_conf = {
151             .lsc = 1, /**< link status interrupt feature enabled */
152         },
153     };
154
155 Configuring lsc to 0 (the default) disables the generation of any link status change interrupts in kernel space
156 and no user space interrupt event is received.
157 The public interface rte_eth_link_get() accesses the NIC registers directly to update the link status.
158 Configuring lsc to non-zero enables the generation of link status change interrupts in kernel space
159 when a link status change is present and calls the user space callbacks registered by the application.
160 The public interface rte_eth_link_get() just reads the link status in a global structure
161 that would be updated in the interrupt host thread only.
162
163 Interrupt Callback Registration
164 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
165
166 The application can register one or more callbacks to a specific port and interrupt event.
167 An example callback function that has been written as indicated below.
168
169 .. code-block:: c
170
171     static void
172     lsi_event_callback(uint16_t port_id, enum rte_eth_event_type type, void *param)
173     {
174         struct rte_eth_link link;
175
176         RTE_SET_USED(param);
177
178         printf("\n\nIn registered callback...\n");
179
180         printf("Event type: %s\n", type == RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC ? "LSC interrupt" : "unknown event");
181
182         rte_eth_link_get_nowait(port_id, &link);
183
184         if (link.link_status) {
185             printf("Port %d Link Up - speed %u Mbps - %s\n\n", port_id, (unsigned)link.link_speed,
186                   (link.link_duplex == ETH_LINK_FULL_DUPLEX) ? ("full-duplex") : ("half-duplex"));
187         } else
188             printf("Port %d Link Down\n\n", port_id);
189     }
190
191 This function is called when a link status interrupt is present for the right port.
192 The port_id indicates which port the interrupt applies to.
193 The type parameter identifies the interrupt event type,
194 which currently can be RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC only, but other types can be added in the future.
195 The param parameter is the address of the parameter for the callback.
196 This function should be implemented with care since it will be called in the interrupt host thread,
197 which is different from the main thread of its caller.
198
199 The application registers the lsi_event_callback and a NULL parameter to the link status interrupt event on each port:
200
201 .. code-block:: c
202
203     rte_eth_dev_callback_register((uint8_t)portid, RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC, lsi_event_callback, NULL);
204
205 This registration can be done only after calling the rte_eth_dev_configure() function and before calling any other function.
206 If lsc is initialized with 0, the callback is never called since no interrupt event would ever be present.
207
208 RX Queue Initialization
209 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
210
211 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
212 which specifies the number of queues per lcore.
213
214 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
215 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff),
216 the application will need four lcores to poll all the ports.
217
218 .. code-block:: c
219
220     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, lsi_pktmbuf_pool);
221     if (ret < 0)
222         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
223
224 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
225
226 .. code-block:: c
227
228     struct lcore_queue_conf {
229         unsigned n_rx_port;
230         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; unsigned tx_queue_id;
231         struct mbuf_table tx_mbufs[LSI_MAX_PORTS];
232     } rte_cache_aligned;
233
234     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
235
236 The n_rx_port and rx_port_list[] fields are used in the main packet processing loop
237 (see `Receive, Process and Transmit Packets`_).
238
239 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
240
241 .. code-block:: c
242
243     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
244         .rx_thresh = {
245             .pthresh = RX_PTHRESH,
246             .hthresh = RX_HTHRESH,
247             .wthresh = RX_WTHRESH,
248         },
249     };
250
251 TX Queue Initialization
252 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
253
254 Each lcore should be able to transmit on any port.
255 For every port, a single TX queue is initialized.
256
257 .. code-block:: c
258
259     /* init one TX queue logical core on each port */
260
261     fflush(stdout);
262
263     ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
264     if (ret < 0)
265         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d,port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
266
267 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
268
269 .. code-block:: c
270
271     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
272         .tx_thresh = {
273             .pthresh = TX_PTHRESH,
274             .hthresh = TX_HTHRESH,
275             .wthresh = TX_WTHRESH,
276         },
277         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
278     };
279
280 Receive, Process and Transmit Packets
281 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
282
283 In the lsi_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
284 This is done using the following code:
285
286 .. code-block:: c
287
288     /*
289      *   Read packet from RX queues
290      */
291
292     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
293         portid = qconf->rx_port_list[i];
294         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
295         port_statistics[portid].rx += nb_rx;
296
297         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
298             m = pkts_burst[j];
299             rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
300             lsi_simple_forward(m, portid);
301         }
302     }
303
304 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
305 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
306
307 Then, each mbuf in the table is processed by the lsi_simple_forward() function.
308 The processing is very simple: processes the TX port from the RX port and then replaces the source and destination MAC addresses.
309
310 .. note::
311
312     In the following code, the two lines for calculating the output port require some explanation.
313     If portId is even, the first line does nothing (as portid & 1 will be 0), and the second line adds 1.
314     If portId is odd, the first line subtracts one and the second line does nothing.
315     Therefore, 0 goes to 1, and 1 to 0, 2 goes to 3 and 3 to 2, and so on.
316
317 .. code-block:: c
318
319     static void
320     lsi_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
321     {
322         struct ether_hdr *eth;
323         void *tmp;
324         unsigned dst_port = lsi_dst_ports[portid];
325
326         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
327
328         /* 02:00:00:00:00:xx */
329
330         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
331
332         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + (dst_port << 40);
333
334         /* src addr */
335         ether_addr_copy(&lsi_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
336
337         lsi_send_packet(m, dst_port);
338     }
339
340 Then, the packet is sent using the lsi_send_packet(m, dst_port) function.
341 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
342 Therefore, it would have been possible to call the lsi_send_burst() function directly from the main loop
343 to send all the received packets on the same TX port using
344 the burst-oriented send function, which is more efficient.
345
346 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
347 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
348 The application is implemented to illustrate that so the same approach can be reused in a more complex application.
349
350 The lsi_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
351 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the lsi_send_burst() function:
352
353 .. code-block:: c
354
355     /* Send the packet on an output interface */
356
357     static int
358     lsi_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint16_t port)
359     {
360         unsigned lcore_id, len;
361         struct lcore_queue_conf *qconf;
362
363         lcore_id = rte_lcore_id();
364         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
365         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
366         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
367         len++;
368
369         /* enough pkts to be sent */
370
371         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
372             lsi_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
373             len = 0;
374         }
375         qconf->tx_mbufs[port].len = len;
376
377         return 0;
378     }
379
380 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of the TX queue in its main loop.
381 This technique introduces some latency when there are not many packets to send.
382 However, it improves performance:
383
384 .. code-block:: c
385
386     cur_tsc = rte_rdtsc();
387
388     /*
389      *    TX burst queue drain
390      */
391
392     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
393
394     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
395         /* this could be optimized (use queueid instead of * portid), but it is not called so often */
396
397         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
398             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
399                 continue;
400
401             lsi_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id],
402             qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
403             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
404         }
405
406         /* if timer is enabled */
407
408         if (timer_period > 0) {
409             /* advance the timer */
410
411             timer_tsc += diff_tsc;
412
413             /* if timer has reached its timeout */
414
415             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
416                 /* do this only on master core */
417
418                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
419                     print_stats();
420
421                     /* reset the timer */
422                     timer_tsc = 0;
423                 }
424             }
425         }
426         prev_tsc = cur_tsc;
427    }