doc: fix missing CCM to QAT feature list
[dpdk.git] / doc / guides / cryptodevs / qat.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2015-2016 Intel Corporation.
3
4 Intel(R) QuickAssist (QAT) Crypto Poll Mode Driver
5 ==================================================
6
7 QAT documentation consists of three parts:
8
9 * Details of the symmetric crypto service below.
10 * Details of the `compression service <http://dpdk.org/doc/guides/compressdevs/qat_comp.html>`_
11   in the compressdev drivers section.
12 * Details of building the common QAT infrastructure and the PMDs to support the
13   above services. See :ref:`building_qat` below.
14
15
16 Symmetric Crypto Service on QAT
17 -------------------------------
18
19 The QAT crypto PMD provides poll mode crypto driver support for the following
20 hardware accelerator devices:
21
22 * ``Intel QuickAssist Technology DH895xCC``
23 * ``Intel QuickAssist Technology C62x``
24 * ``Intel QuickAssist Technology C3xxx``
25 * ``Intel QuickAssist Technology D15xx``
26
27
28 Features
29 ~~~~~~~~
30
31 The QAT PMD has support for:
32
33 Cipher algorithms:
34
35 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_3DES_CBC``
36 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_3DES_CTR``
37 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES128_CBC``
38 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES192_CBC``
39 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES256_CBC``
40 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES128_CTR``
41 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES192_CTR``
42 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES256_CTR``
43 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_SNOW3G_UEA2``
44 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_NULL``
45 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_KASUMI_F8``
46 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_DES_CBC``
47 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_AES_DOCSISBPI``
48 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_DES_DOCSISBPI``
49 * ``RTE_CRYPTO_CIPHER_ZUC_EEA3``
50
51 Hash algorithms:
52
53 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SHA1_HMAC``
54 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SHA224_HMAC``
55 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SHA256_HMAC``
56 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SHA384_HMAC``
57 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SHA512_HMAC``
58 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_AES_XCBC_MAC``
59 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_SNOW3G_UIA2``
60 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_MD5_HMAC``
61 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_NULL``
62 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_KASUMI_F9``
63 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_AES_GMAC``
64 * ``RTE_CRYPTO_AUTH_ZUC_EIA3``
65
66 Supported AEAD algorithms:
67
68 * ``RTE_CRYPTO_AEAD_AES_GCM``
69 * ``RTE_CRYPTO_AEAD_AES_CCM``
70
71
72 Limitations
73 ~~~~~~~~~~~
74
75 * Only supports the session-oriented API implementation (session-less APIs are not supported).
76 * SNOW 3G (UEA2), KASUMI (F8) and ZUC (EEA3) supported only if cipher length and offset fields are byte-multiple.
77 * SNOW 3G (UIA2) and ZUC (EIA3) supported only if hash length and offset fields are byte-multiple.
78 * No BSD support as BSD QAT kernel driver not available.
79 * ZUC EEA3/EIA3 is not supported by dh895xcc devices
80 * Maximum additional authenticated data (AAD) for GCM is 240 bytes long.
81 * Queue pairs are not thread-safe (that is, within a single queue pair, RX and TX from different lcores is not supported).
82
83
84 Extra notes on KASUMI F9
85 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
86
87 When using KASUMI F9 authentication algorithm, the input buffer must be
88 constructed according to the
89 `3GPP KASUMI specification <http://cryptome.org/3gpp/35201-900.pdf>`_
90 (section 4.4, page 13). The input buffer has to have COUNT (4 bytes),
91 FRESH (4 bytes), MESSAGE and DIRECTION (1 bit) concatenated. After the DIRECTION
92 bit, a single '1' bit is appended, followed by between 0 and 7 '0' bits, so that
93 the total length of the buffer is multiple of 8 bits. Note that the actual
94 message can be any length, specified in bits.
95
96 Once this buffer is passed this way, when creating the crypto operation,
97 length of data to authenticate "op.sym.auth.data.length" must be the length
98 of all the items described above, including the padding at the end.
99 Also, offset of data to authenticate "op.sym.auth.data.offset"
100 must be such that points at the start of the COUNT bytes.
101
102
103
104 .. _building_qat:
105
106 Building PMDs on QAT
107 --------------------
108
109 A QAT device can host multiple acceleration services:
110
111 * symmetric cryptography
112 * data compression
113
114 These services are provided to DPDK applications via PMDs which register to
115 implement the corresponding cryptodev and compressdev APIs. The PMDs use
116 common QAT driver code which manages the QAT PCI device. They also depend on a
117 QAT kernel driver being installed on the platform, see :ref:`qat_kernel` below.
118
119
120 Configuring and Building the DPDK QAT PMDs
121 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
122
123
124 Further information on configuring, building and installing DPDK is described
125 `here <http://dpdk.org/doc/guides/linux_gsg/build_dpdk.html>`_.
126
127
128 Quick instructions for QAT cryptodev PMD are as follows:
129
130 .. code-block:: console
131
132         cd to the top-level DPDK directory
133         make defconfig
134         sed -i 's,\(CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_QAT_SYM\)=n,\1=y,' build/.config
135         make
136
137 Quick instructions for QAT compressdev PMD are as follows:
138
139 .. code-block:: console
140
141         cd to the top-level DPDK directory
142         make defconfig
143         make
144
145
146 Build Configuration
147 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
148
149 These are the build configuration options affecting QAT, and their default values:
150
151 .. code-block:: console
152
153         CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_QAT=y
154         CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_QAT_SYM=n
155         CONFIG_RTE_PMD_QAT_MAX_PCI_DEVICES=48
156         CONFIG_RTE_PMD_QAT_COMP_SGL_MAX_SEGMENTS=16
157
158 CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_QAT must be enabled for any QAT PMD to be built.
159
160 The QAT cryptodev PMD has an external dependency on libcrypto, so is not
161 built by default. CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_QAT_SYM should be enabled to build it.
162
163 The QAT compressdev PMD has no external dependencies, so needs no configuration
164 options and is built by default.
165
166 The number of VFs per PF varies - see table below. If multiple QAT packages are
167 installed on a platform then CONFIG_RTE_PMD_QAT_MAX_PCI_DEVICES should be
168 adjusted to the number of VFs which the QAT common code will need to handle.
169 Note, there is a separate config item for max cryptodevs CONFIG_RTE_CRYPTO_MAX_DEVS,
170 if necessary this should be adjusted to handle the total of QAT and other devices
171 which the process will use.
172
173 QAT allocates internal structures to handle SGLs. For the compression service
174 CONFIG_RTE_PMD_QAT_COMP_SGL_MAX_SEGMENTS can be changed if more segments are needed.
175 An extra (max_inflight_ops x 16) bytes per queue_pair will be used for every increment.
176
177
178 Device and driver naming
179 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
180
181 * The qat cryptodev driver name is "crypto_qat".
182   The "rte_cryptodev_devices_get()" returns the devices exposed by this driver.
183
184 * Each qat crypto device has a unique name, in format
185   "<pci bdf>_<service>", e.g. "0000:41:01.0_qat_sym".
186   This name can be passed to "rte_cryptodev_get_dev_id()" to get the device_id.
187
188 .. Note::
189
190         The qat crypto driver name is passed to the dpdk-test-crypto-perf tool in the "-devtype" parameter.
191
192         The qat crypto device name is in the format of the slave parameter passed to the crypto scheduler.
193
194 * The qat compressdev driver name is "compress_qat".
195   The rte_compressdev_devices_get() returns the devices exposed by this driver.
196
197 * Each qat compression device has a unique name, in format
198   <pci bdf>_<service>, e.g. "0000:41:01.0_qat_comp".
199   This name can be passed to rte_compressdev_get_dev_id() to get the device_id.
200
201 .. _qat_kernel:
202
203 Dependency on the QAT kernel driver
204 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
205
206 To use QAT an SRIOV-enabled QAT kernel driver is required. The VF
207 devices created and initialised by this driver will be used by the QAT PMDs.
208
209 Instructions for installation are below, but first an explanation of the
210 relationships between the PF/VF devices and the PMDs visible to
211 DPDK applications.
212
213 Each QuickAssist PF device exposes a number of VF devices. Each VF device can
214 enable one cryptodev PMD and/or one compressdev PMD.
215 These QAT PMDs share the same underlying device and pci-mgmt code, but are
216 enumerated independently on their respective APIs and appear as independent
217 devices to applications.
218
219 .. Note::
220
221    Each VF can only be used by one DPDK process. It is not possible to share
222    the same VF across multiple processes, even if these processes are using
223    different acceleration services.
224
225    Conversely one DPDK process can use one or more QAT VFs and can expose both
226    cryptodev and compressdev instances on each of those VFs.
227
228
229 Available kernel drivers
230 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
231
232 Kernel drivers for each device are listed in the following table. Scroll right
233 to check that the driver and device supports the service you require.
234
235
236 .. _table_qat_pmds_drivers:
237
238 .. table:: QAT device generations, devices and drivers
239
240    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
241    | Gen | Device   | Driver/ver    | Kernel Module | Pci Driver | PF Did | #PFs | VF Did | VFs/PF | cryptodev | compressdev |
242    +=====+==========+===============+===============+============+========+======+========+========+===========+=============+
243    | 1   | DH895xCC | linux/4.4+    | qat_dh895xcc  | dh895xcc   | 435    | 1    | 443    | 32     | Yes       | No          |
244    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
245    | "   | "        | 01.org/4.2.0+ | "             | "          | "      | "    | "      | "      | Yes       | No          |
246    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
247    | 2   | C62x     | linux/4.5+    | qat_c62x      | c6xx       | 37c8   | 3    | 37c9   | 16     | Yes       | No          |
248    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
249    | "   | "        | 01.org/4.2.0+ | "             | "          | "      | "    | "      | "      | Yes       | Yes         |
250    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
251    | 2   | C3xxx    | linux/4.5+    | qat_c3xxx     | c3xxx      | 19e2   | 1    | 19e3   | 16     | Yes       | No          |
252    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
253    | "   | "        | 01.org/4.2.0+ | "             | "          | "      | "    | "      | "      | Yes       | Yes         |
254    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
255    | 2   | D15xx    | p             | qat_d15xx     | d15xx      | 6f54   | 1    | 6f55   | 16     | Yes       | No          |
256    +-----+----------+---------------+---------------+------------+--------+------+--------+--------+-----------+-------------+
257
258
259 The ``Driver`` column indicates either the Linux kernel version in which
260 support for this device was introduced or a driver available on Intel's 01.org
261 website. There are both linux and 01.org kernel drivers available for some
262 devices. p = release pending.
263
264 If you are running on a kernel which includes a driver for your device, see
265 `Installation using kernel.org driver`_ below. Otherwise see
266 `Installation using 01.org QAT driver`_.
267
268
269 Installation using kernel.org driver
270 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
271
272 The examples below are based on the C62x device, if you have a different device
273 use the corresponding values in the above table.
274
275 In BIOS ensure that SRIOV is enabled and either:
276
277 * Disable VT-d or
278 * Enable VT-d and set ``"intel_iommu=on iommu=pt"`` in the grub file.
279
280 Check that the QAT driver is loaded on your system, by executing::
281
282     lsmod | grep qa
283
284 You should see the kernel module for your device listed, e.g.::
285
286     qat_c62x               5626  0
287     intel_qat              82336  1 qat_c62x
288
289 Next, you need to expose the Virtual Functions (VFs) using the sysfs file system.
290
291 First find the BDFs (Bus-Device-Function) of the physical functions (PFs) of
292 your device, e.g.::
293
294     lspci -d:37c8
295
296 You should see output similar to::
297
298     1a:00.0 Co-processor: Intel Corporation Device 37c8
299     3d:00.0 Co-processor: Intel Corporation Device 37c8
300     3f:00.0 Co-processor: Intel Corporation Device 37c8
301
302 Enable the VFs for each PF by echoing the number of VFs per PF to the pci driver::
303
304      echo 16 > /sys/bus/pci/drivers/c6xx/0000:1a:00.0/sriov_numvfs
305      echo 16 > /sys/bus/pci/drivers/c6xx/0000:3d:00.0/sriov_numvfs
306      echo 16 > /sys/bus/pci/drivers/c6xx/0000:3f:00.0/sriov_numvfs
307
308 Check that the VFs are available for use. For example ``lspci -d:37c9`` should
309 list 48 VF devices available for a ``C62x`` device.
310
311 To complete the installation follow the instructions in
312 `Binding the available VFs to the DPDK UIO driver`_.
313
314 .. Note::
315
316    If the QAT kernel modules are not loaded and you see an error like ``Failed
317    to load MMP firmware qat_895xcc_mmp.bin`` in kernel logs, this may be as a
318    result of not using a distribution, but just updating the kernel directly.
319
320    Download firmware from the `kernel firmware repo
321    <http://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/firmware/linux-firmware.git/tree/>`_.
322
323    Copy qat binaries to ``/lib/firmware``::
324
325       cp qat_895xcc.bin /lib/firmware
326       cp qat_895xcc_mmp.bin /lib/firmware
327
328    Change to your linux source root directory and start the qat kernel modules::
329
330       insmod ./drivers/crypto/qat/qat_common/intel_qat.ko
331       insmod ./drivers/crypto/qat/qat_dh895xcc/qat_dh895xcc.ko
332
333
334 .. Note::
335
336    If you see the following warning in ``/var/log/messages`` it can be ignored:
337    ``IOMMU should be enabled for SR-IOV to work correctly``.
338
339
340 Installation using 01.org QAT driver
341 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
342
343 Download the latest QuickAssist Technology Driver from `01.org
344 <https://01.org/packet-processing/intel%C2%AE-quickassist-technology-drivers-and-patches>`_.
345 Consult the *Getting Started Guide* at the same URL for further information.
346
347 The steps below assume you are:
348
349 * Building on a platform with one ``C62x`` device.
350 * Using package ``qat1.7.l.4.2.0-000xx.tar.gz``.
351 * On Fedora26 kernel ``4.11.11-300.fc26.x86_64``.
352
353 In the BIOS ensure that SRIOV is enabled and VT-d is disabled.
354
355 Uninstall any existing QAT driver, for example by running:
356
357 * ``./installer.sh uninstall`` in the directory where originally installed.
358
359
360 Build and install the SRIOV-enabled QAT driver::
361
362     mkdir /QAT
363     cd /QAT
364
365     # Copy the package to this location and unpack
366     tar zxof qat1.7.l.4.2.0-000xx.tar.gz
367
368     ./configure --enable-icp-sriov=host
369     make install
370
371 You can use ``cat /sys/kernel/debug/qat<your device type and bdf>/version/fw`` to confirm the driver is correctly installed and is using firmware version 4.2.0.
372 You can use ``lspci -d:37c9`` to confirm the presence of the 16 VF devices available per ``C62x`` PF.
373
374 Confirm the driver is correctly installed and is using firmware version 4.2.0::
375
376     cat /sys/kernel/debug/qat<your device type and bdf>/version/fw
377
378
379 Confirm the presence of 48 VF devices - 16 per PF::
380
381     lspci -d:37c9
382
383
384 To complete the installation - follow instructions in `Binding the available VFs to the DPDK UIO driver`_.
385
386 .. Note::
387
388    If using a later kernel and the build fails with an error relating to
389    ``strict_stroul`` not being available apply the following patch:
390
391    .. code-block:: diff
392
393       /QAT/QAT1.6/quickassist/utilities/downloader/Target_CoreLibs/uclo/include/linux/uclo_platform.h
394       + #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,18,5)
395       + #define STR_TO_64(str, base, num, endPtr) {endPtr=NULL; if (kstrtoul((str), (base), (num))) printk("Error strtoull convert %s\n", str); }
396       + #else
397       #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,6,38)
398       #define STR_TO_64(str, base, num, endPtr) {endPtr=NULL; if (strict_strtoull((str), (base), (num))) printk("Error strtoull convert %s\n", str); }
399       #else
400       #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,6,25)
401       #define STR_TO_64(str, base, num, endPtr) {endPtr=NULL; strict_strtoll((str), (base), (num));}
402       #else
403       #define STR_TO_64(str, base, num, endPtr)                                 \
404            do {                                                               \
405                  if (str[0] == '-')                                           \
406                  {                                                            \
407                       *(num) = -(simple_strtoull((str+1), &(endPtr), (base))); \
408                  }else {                                                      \
409                       *(num) = simple_strtoull((str), &(endPtr), (base));      \
410                  }                                                            \
411            } while(0)
412       + #endif
413       #endif
414       #endif
415
416
417 .. Note::
418
419    If the build fails due to missing header files you may need to do following::
420
421       sudo yum install zlib-devel
422       sudo yum install openssl-devel
423       sudo yum install libudev-devel
424
425 .. Note::
426
427    If the build or install fails due to mismatching kernel sources you may need to do the following::
428
429       sudo yum install kernel-headers-`uname -r`
430       sudo yum install kernel-src-`uname -r`
431       sudo yum install kernel-devel-`uname -r`
432
433
434 Binding the available VFs to the DPDK UIO driver
435 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
436
437 Unbind the VFs from the stock driver so they can be bound to the uio driver.
438
439 For an Intel(R) QuickAssist Technology DH895xCC device
440 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
441
442 The unbind command below assumes ``BDFs`` of ``03:01.00-03:04.07``, if your
443 VFs are different adjust the unbind command below::
444
445     for device in $(seq 1 4); do \
446         for fn in $(seq 0 7); do \
447             echo -n 0000:03:0${device}.${fn} > \
448             /sys/bus/pci/devices/0000\:03\:0${device}.${fn}/driver/unbind; \
449         done; \
450     done
451
452 For an Intel(R) QuickAssist Technology C62x device
453 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
454
455 The unbind command below assumes ``BDFs`` of ``1a:01.00-1a:02.07``,
456 ``3d:01.00-3d:02.07`` and ``3f:01.00-3f:02.07``, if your VFs are different
457 adjust the unbind command below::
458
459     for device in $(seq 1 2); do \
460         for fn in $(seq 0 7); do \
461             echo -n 0000:1a:0${device}.${fn} > \
462             /sys/bus/pci/devices/0000\:1a\:0${device}.${fn}/driver/unbind; \
463
464             echo -n 0000:3d:0${device}.${fn} > \
465             /sys/bus/pci/devices/0000\:3d\:0${device}.${fn}/driver/unbind; \
466
467             echo -n 0000:3f:0${device}.${fn} > \
468             /sys/bus/pci/devices/0000\:3f\:0${device}.${fn}/driver/unbind; \
469         done; \
470     done
471
472 For Intel(R) QuickAssist Technology C3xxx or D15xx device
473 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
474
475 The unbind command below assumes ``BDFs`` of ``01:01.00-01:02.07``, if your
476 VFs are different adjust the unbind command below::
477
478     for device in $(seq 1 2); do \
479         for fn in $(seq 0 7); do \
480             echo -n 0000:01:0${device}.${fn} > \
481             /sys/bus/pci/devices/0000\:01\:0${device}.${fn}/driver/unbind; \
482         done; \
483     done
484
485 Bind to the DPDK uio driver
486 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
487
488 Install the DPDK igb_uio driver, bind the VF PCI Device id to it and use lspci
489 to confirm the VF devices are now in use by igb_uio kernel driver,
490 e.g. for the C62x device::
491
492     cd to the top-level DPDK directory
493     modprobe uio
494     insmod ./build/kmod/igb_uio.ko
495     echo "8086 37c9" > /sys/bus/pci/drivers/igb_uio/new_id
496     lspci -vvd:37c9
497
498
499 Another way to bind the VFs to the DPDK UIO driver is by using the
500 ``dpdk-devbind.py`` script::
501
502     cd to the top-level DPDK directory
503     ./usertools/dpdk-devbind.py -b igb_uio 0000:03:01.1
504
505 Testing
506 ~~~~~~~
507
508 QAT crypto PMD can be tested by running the test application::
509
510     make defconfig
511     make test-build -j
512     cd ./build/app
513     ./test -l1 -n1 -w <your qat bdf>
514     RTE>>cryptodev_qat_autotest
515
516 QAT compression PMD can be tested by running the test application::
517
518     make defconfig
519     sed -i 's,\(CONFIG_RTE_COMPRESSDEV_TEST\)=n,\1=y,' build/.config
520     make test-build -j
521     cd ./build/app
522     ./test -l1 -n1 -w <your qat bdf>
523     RTE>>compressdev_autotest
524
525
526 Debugging
527 ~~~~~~~~~
528
529 There are 2 sets of trace available via the dynamic logging feature:
530
531 * pmd.qat_dp exposes trace on the data-path.
532 * pmd.qat_general exposes all other trace.
533
534 pmd.qat exposes both sets of traces.
535 They can be enabled using the log-level option (where 8=maximum log level) on
536 the process cmdline, e.g. using any of the following::
537
538     --log-level="pmd.qat_general,8"
539     --log-level="pmd.qat_dp,8"
540     --log-level="pmd.qat,8"
541
542 .. Note::
543
544     The global RTE_LOG_DP_LEVEL overrides data-path trace so must be set to
545     RTE_LOG_DEBUG to see all the trace. This variable is in config/rte_config.h
546     for meson build and config/common_base for gnu make.
547     Also the dynamic global log level overrides both sets of trace, so e.g. no
548     QAT trace would display in this case::
549
550         --log-level="7" --log-level="pmd.qat_general,8"