Imported Upstream version 16.04
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / link_status_intr.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
3     All rights reserved.
4
5     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6     modification, are permitted provided that the following conditions
7     are met:
8
9     * Redistributions of source code must retain the above copyright
10     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
13     the documentation and/or other materials provided with the
14     distribution.
15     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
16     contributors may be used to endorse or promote products derived
17     from this software without specific prior written permission.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
23     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
25     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
26     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
27     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
28     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
29     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30
31 Link Status Interrupt Sample Application
32 ========================================
33
34 The Link Status Interrupt sample application is a simple example of packet processing using
35 the Data Plane Development Kit (DPDK) that
36 demonstrates how network link status changes for a network port can be captured and
37 used by a DPDK application.
38
39 Overview
40 --------
41
42 The Link Status Interrupt sample application registers a user space callback for the link status interrupt of each port
43 and performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
44 The following operations are performed:
45
46 *   RX_PORT and TX_PORT are paired with available ports one-by-one according to the core mask
47
48 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
49
50 *   The destination MAC address is replaced by 02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
51
52 This application can be used to demonstrate the usage of link status interrupt and its user space callbacks
53 and the behavior of L2 forwarding each time the link status changes.
54
55 Compiling the Application
56 -------------------------
57
58 #.  Go to the example directory:
59
60     .. code-block:: console
61
62         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
63         cd ${RTE_SDK}/examples/link_status_interrupt
64
65 #.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
66
67     .. code-block:: console
68
69         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
70
71     See the *DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
72
73 #.  Build the application:
74
75     .. code-block:: console
76
77         make
78
79 .. note::
80
81     The compiled application is written to the build subdirectory.
82     To have the application written to a different location,
83     the O=/path/to/build/directory option may be specified on the make command line.
84
85 Running the Application
86 -----------------------
87
88 The application requires a number of command line options:
89
90 .. code-block:: console
91
92     ./build/link_status_interrupt [EAL options] -- -p PORTMASK [-q NQ][-T PERIOD]
93
94 where,
95
96 *   -p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
97
98 *   -q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
99
100 *   -T PERIOD: statistics will be refreshed each PERIOD seconds (0 to disable, 10 default)
101
102 To run the application in a linuxapp environment with 4 lcores, 4 memory channels, 16 ports and 8 RX queues per lcore,
103 issue the command:
104
105 .. code-block:: console
106
107     $ ./build/link_status_interrupt -c f -n 4-- -q 8 -p ffff
108
109 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
110 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
111
112 Explanation
113 -----------
114
115 The following sections provide some explanation of the code.
116
117 Command Line Arguments
118 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
119
120 The Link Status Interrupt sample application takes specific parameters,
121 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments (see Section `Running the Application`_).
122
123 Command line parsing is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
124 See :ref:`l2_fwd_app_cmd_arguments` for more information.
125
126 Mbuf Pool Initialization
127 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
128
129 Mbuf pool initialization is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
130 See :ref:`l2_fwd_app_mbuf_init` for more information.
131
132 Driver Initialization
133 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
134
135 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
136 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver in the
137 *DPDK Programmer's Guide and the DPDK API Reference*.
138
139 .. code-block:: c
140
141     if (rte_eal_pci_probe() < 0)
142         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot probe PCI\n");
143
144     nb_ports = rte_eth_dev_count();
145     if (nb_ports == 0)
146         rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");
147
148     if (nb_ports > RTE_MAX_ETHPORTS)
149         nb_ports = RTE_MAX_ETHPORTS;
150
151     /*
152      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
153      */
154
155     for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
156         /* skip ports that are not enabled */
157
158         if ((lsi_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
159             continue;
160
161         /* save the destination port id */
162
163         if (nb_ports_in_mask % 2) {
164             lsi_dst_ports[portid] = portid_last;
165             lsi_dst_ports[portid_last] = portid;
166         }
167         else
168             portid_last = portid;
169
170         nb_ports_in_mask++;
171
172         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
173     }
174
175 Observe that:
176
177 *   rte_eal_pci_probe()  parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
178
179 The next step is to configure the RX and TX queues.
180 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
181 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
182 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
183
184 .. code-block:: c
185
186     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t) portid, 1, 1, &port_conf);
187     if (ret < 0)
188         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
189
190 The global configuration is stored in a static structure:
191
192 .. code-block:: c
193
194     static const struct rte_eth_conf port_conf = {
195         .rxmode = {
196             .split_hdr_size = 0,
197             .header_split = 0,   /**< Header Split disabled */
198             .hw_ip_checksum = 0, /**< IP checksum offload disabled */
199             .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
200             .hw_strip_crc= 0,    /**< CRC stripped by hardware */
201         },
202         .txmode = {},
203         .intr_conf = {
204             .lsc = 1, /**< link status interrupt feature enabled */
205         },
206     };
207
208 Configuring lsc to 0 (the default) disables the generation of any link status change interrupts in kernel space
209 and no user space interrupt event is received.
210 The public interface rte_eth_link_get() accesses the NIC registers directly to update the link status.
211 Configuring lsc to non-zero enables the generation of link status change interrupts in kernel space
212 when a link status change is present and calls the user space callbacks registered by the application.
213 The public interface rte_eth_link_get() just reads the link status in a global structure
214 that would be updated in the interrupt host thread only.
215
216 Interrupt Callback Registration
217 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
218
219 The application can register one or more callbacks to a specific port and interrupt event.
220 An example callback function that has been written as indicated below.
221
222 .. code-block:: c
223
224     static void
225     lsi_event_callback(uint8_t port_id, enum rte_eth_event_type type, void *param)
226     {
227         struct rte_eth_link link;
228
229         RTE_SET_USED(param);
230
231         printf("\n\nIn registered callback...\n");
232
233         printf("Event type: %s\n", type == RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC ? "LSC interrupt" : "unknown event");
234
235         rte_eth_link_get_nowait(port_id, &link);
236
237         if (link.link_status) {
238             printf("Port %d Link Up - speed %u Mbps - %s\n\n", port_id, (unsigned)link.link_speed,
239                   (link.link_duplex == ETH_LINK_FULL_DUPLEX) ? ("full-duplex") : ("half-duplex"));
240         } else
241             printf("Port %d Link Down\n\n", port_id);
242     }
243
244 This function is called when a link status interrupt is present for the right port.
245 The port_id indicates which port the interrupt applies to.
246 The type parameter identifies the interrupt event type,
247 which currently can be RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC only, but other types can be added in the future.
248 The param parameter is the address of the parameter for the callback.
249 This function should be implemented with care since it will be called in the interrupt host thread,
250 which is different from the main thread of its caller.
251
252 The application registers the lsi_event_callback and a NULL parameter to the link status interrupt event on each port:
253
254 .. code-block:: c
255
256     rte_eth_dev_callback_register((uint8_t)portid, RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC, lsi_event_callback, NULL);
257
258 This registration can be done only after calling the rte_eth_dev_configure() function and before calling any other function.
259 If lsc is initialized with 0, the callback is never called since no interrupt event would ever be present.
260
261 RX Queue Initialization
262 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
263
264 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
265 which specifies the number of queues per lcore.
266
267 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
268 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff),
269 the application will need four lcores to poll all the ports.
270
271 .. code-block:: c
272
273     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, lsi_pktmbuf_pool);
274     if (ret < 0)
275         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
276
277 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
278
279 .. code-block:: c
280
281     struct lcore_queue_conf {
282         unsigned n_rx_port;
283         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; unsigned tx_queue_id;
284         struct mbuf_table tx_mbufs[LSI_MAX_PORTS];
285     } rte_cache_aligned;
286
287     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
288
289 The n_rx_port and rx_port_list[] fields are used in the main packet processing loop
290 (see `Receive, Process and Transmit Packets`_).
291
292 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
293
294 .. code-block:: c
295
296     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
297         .rx_thresh = {
298             .pthresh = RX_PTHRESH,
299             .hthresh = RX_HTHRESH,
300             .wthresh = RX_WTHRESH,
301         },
302     };
303
304 TX Queue Initialization
305 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
306
307 Each lcore should be able to transmit on any port.
308 For every port, a single TX queue is initialized.
309
310 .. code-block:: c
311
312     /* init one TX queue logical core on each port */
313
314     fflush(stdout);
315
316     ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
317     if (ret < 0)
318         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d,port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
319
320 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
321
322 .. code-block:: c
323
324     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
325         .tx_thresh = {
326             .pthresh = TX_PTHRESH,
327             .hthresh = TX_HTHRESH,
328             .wthresh = TX_WTHRESH,
329         },
330         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
331     };
332
333 Receive, Process and Transmit Packets
334 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
335
336 In the lsi_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
337 This is done using the following code:
338
339 .. code-block:: c
340
341     /*
342      *   Read packet from RX queues
343      */
344
345     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
346         portid = qconf->rx_port_list[i];
347         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
348         port_statistics[portid].rx += nb_rx;
349
350         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
351             m = pkts_burst[j];
352             rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
353             lsi_simple_forward(m, portid);
354         }
355     }
356
357 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
358 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
359
360 Then, each mbuf in the table is processed by the lsi_simple_forward() function.
361 The processing is very simple: processes the TX port from the RX port and then replaces the source and destination MAC addresses.
362
363 .. note::
364
365     In the following code, the two lines for calculating the output port require some explanation.
366     If portId is even, the first line does nothing (as portid & 1 will be 0), and the second line adds 1.
367     If portId is odd, the first line subtracts one and the second line does nothing.
368     Therefore, 0 goes to 1, and 1 to 0, 2 goes to 3 and 3 to 2, and so on.
369
370 .. code-block:: c
371
372     static void
373     lsi_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
374     {
375         struct ether_hdr *eth;
376         void *tmp;
377         unsigned dst_port = lsi_dst_ports[portid];
378
379         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
380
381         /* 02:00:00:00:00:xx */
382
383         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
384
385         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + (dst_port << 40);
386
387         /* src addr */
388         ether_addr_copy(&lsi_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
389
390         lsi_send_packet(m, dst_port);
391     }
392
393 Then, the packet is sent using the lsi_send_packet(m, dst_port) function.
394 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
395 Therefore, it would have been possible to call the lsi_send_burst() function directly from the main loop
396 to send all the received packets on the same TX port using
397 the burst-oriented send function, which is more efficient.
398
399 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
400 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
401 The application is implemented to illustrate that so the same approach can be reused in a more complex application.
402
403 The lsi_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
404 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the lsi_send_burst() function:
405
406 .. code-block:: c
407
408     /* Send the packet on an output interface */
409
410     static int
411     lsi_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint8_t port)
412     {
413         unsigned lcore_id, len;
414         struct lcore_queue_conf *qconf;
415
416         lcore_id = rte_lcore_id();
417         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
418         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
419         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
420         len++;
421
422         /* enough pkts to be sent */
423
424         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
425             lsi_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
426             len = 0;
427         }
428         qconf->tx_mbufs[port].len = len;
429
430         return 0;
431     }
432
433 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of the TX queue in its main loop.
434 This technique introduces some latency when there are not many packets to send.
435 However, it improves performance:
436
437 .. code-block:: c
438
439     cur_tsc = rte_rdtsc();
440
441     /*
442      *    TX burst queue drain
443      */
444
445     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
446
447     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
448         /* this could be optimized (use queueid instead of * portid), but it is not called so often */
449
450         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
451             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
452                 continue;
453
454             lsi_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id],
455             qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
456             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
457         }
458
459         /* if timer is enabled */
460
461         if (timer_period > 0) {
462             /* advance the timer */
463
464             timer_tsc += diff_tsc;
465
466             /* if timer has reached its timeout */
467
468             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
469                 /* do this only on master core */
470
471                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
472                     print_stats();
473
474                     /* reset the timer */
475                     timer_tsc = 0;
476                 }
477             }
478         }
479         prev_tsc = cur_tsc;
480    }