doc/guides/bbdevs/fpga_lte_fec.rst

   1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2     Copyright(c) 2019 Intel Corporation
   3
   4 Intel(R) FPGA LTE FEC Poll Mode Driver
   5 ======================================
   6
   7 The BBDEV FPGA LTE FEC poll mode driver (PMD) supports an FPGA implementation of a VRAN
   8 Turbo Encode / Decode LTE wireless acceleration function, using Intel's PCI-e and FPGA
   9 based Vista Creek device.
  10
  11 Features
  12 --------
  13
  14 FPGA LTE FEC PMD supports the following features:
  15
  16 - Turbo Encode in the DL with total throughput of 4.5 Gbits/s
  17 - Turbo Decode in the UL with total throughput of 1.5 Gbits/s assuming 8 decoder iterations
  18 - 8 VFs per PF (physical device)
  19 - Maximum of 32 UL queues per VF
  20 - Maximum of 32 DL queues per VF
  21 - PCIe Gen-3 x8 Interface
  22 - MSI-X
  23 - SR-IOV
  24
  25
  26 FPGA LTE FEC PMD supports the following BBDEV capabilities:
  27
  28 * For the turbo encode operation:
  29    - ``RTE_BBDEV_TURBO_CRC_24B_ATTACH`` :  set to attach CRC24B to CB(s)
  30    - ``RTE_BBDEV_TURBO_RATE_MATCH`` :  if set then do not do Rate Match bypass
  31    - ``RTE_BBDEV_TURBO_ENC_INTERRUPTS`` :  set for encoder dequeue interrupts
  32
  33
  34 * For the turbo decode operation:
  35    - ``RTE_BBDEV_TURBO_CRC_TYPE_24B`` :  check CRC24B from CB(s)
  36    - ``RTE_BBDEV_TURBO_SUBBLOCK_DEINTERLEAVE`` :  perform subblock de-interleave
  37    - ``RTE_BBDEV_TURBO_DEC_INTERRUPTS`` :  set for decoder dequeue interrupts
  38    - ``RTE_BBDEV_TURBO_NEG_LLR_1_BIT_IN`` :  set if negative LLR encoder i/p is supported
  39    - ``RTE_BBDEV_TURBO_DEC_TB_CRC_24B_KEEP`` :  keep CRC24B bits appended while decoding
  40
  41
  42 Limitations
  43 -----------
  44
  45 FPGA LTE FEC does not support the following:
  46
  47 - Scatter-Gather function
  48
  49
  50 Installation
  51 --------------
  52
  53 Section 3 of the DPDK manual provides instructions on installing and compiling DPDK. The
  54 default set of bbdev compile flags may be found in config/common_base, where for example
  55 the flag to build the FPGA LTE FEC device, ``CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_BBDEV_FPGA_LTE_FEC``, is already
  56 set.
  57
  58 DPDK requires hugepages to be configured as detailed in section 2 of the DPDK manual.
  59 The bbdev test application has been tested with a configuration 40 x 1GB hugepages. The
  60 hugepage configuration of a server may be examined using:
  61
  62 .. code-block:: console
  63
  64    grep Huge* /proc/meminfo
  65
  66
  67 Initialization
  68 --------------
  69
  70 When the device first powers up, its PCI Physical Functions (PF) can be listed through this command:
  71
  72 .. code-block:: console
  73
  74   sudo lspci -vd1172:5052
  75
  76 The physical and virtual functions are compatible with Linux UIO drivers:
  77 ``vfio`` and ``igb_uio``. However, in order to work the FPGA LTE FEC device firstly needs
  78 to be bound to one of these linux drivers through DPDK.
  79
  80
  81 Bind PF UIO driver(s)
  82 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  83
  84 Install the DPDK igb_uio driver, bind it with the PF PCI device ID and use
  85 ``lspci`` to confirm the PF device is under use by ``igb_uio`` DPDK UIO driver.
  86
  87 The igb_uio driver may be bound to the PF PCI device using one of three methods:
  88
  89
  90 1. PCI functions (physical or virtual, depending on the use case) can be bound to
  91 the UIO driver by repeating this command for every function.
  92
  93 .. code-block:: console
  94
  95   cd <dpdk-top-level-directory>
  96   insmod ./build/kmod/igb_uio.ko
  97   echo "1172 5052" > /sys/bus/pci/drivers/igb_uio/new_id
  98   lspci -vd1172:
  99
 100
 101 2. Another way to bind PF with DPDK UIO driver is by using the ``dpdk-devbind.py`` tool
 102
 103 .. code-block:: console
 104
 105   cd <dpdk-top-level-directory>
 106   ./usertools/dpdk-devbind.py -b igb_uio 0000:06:00.0
 107
 108 where the PCI device ID (example: 0000:06:00.0) is obtained using lspci -vd1172:
 109
 110
 111 3. A third way to bind is to use ``dpdk-setup.sh`` tool
 112
 113 .. code-block:: console
 114
 115   cd <dpdk-top-level-directory>
 116   ./usertools/dpdk-setup.sh
 117
 118   select 'Bind Ethernet/Crypto/Baseband device to IGB UIO module'
 119   or
 120   select 'Bind Ethernet/Crypto/Baseband device to VFIO module' depending on driver required
 121   enter PCI device ID
 122   select 'Display current Ethernet/Crypto/Baseband device settings' to confirm binding
 123
 124
 125 In the same way the FPGA LTE FEC PF can be bound with vfio, but vfio driver does not
 126 support SR-IOV configuration right out of the box, so it will need to be patched.
 127
 128
 129 Enable Virtual Functions
 130 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 131
 132 Now, it should be visible in the printouts that PCI PF is under igb_uio control
 133 "``Kernel driver in use: igb_uio``"
 134
 135 To show the number of available VFs on the device, read ``sriov_totalvfs`` file..
 136
 137 .. code-block:: console
 138
 139   cat /sys/bus/pci/devices/0000\:<b>\:<d>.<f>/sriov_totalvfs
 140
 141   where 0000\:<b>\:<d>.<f> is the PCI device ID
 142
 143
 144 To enable VFs via igb_uio, echo the number of virtual functions intended to
 145 enable to ``max_vfs`` file..
 146
 147 .. code-block:: console
 148
 149   echo <num-of-vfs> > /sys/bus/pci/devices/0000\:<b>\:<d>.<f>/max_vfs
 150
 151
 152 Afterwards, all VFs must be bound to appropriate UIO drivers as required, same
 153 way it was done with the physical function previously.
 154
 155 Enabling SR-IOV via vfio driver is pretty much the same, except that the file
 156 name is different:
 157
 158 .. code-block:: console
 159
 160   echo <num-of-vfs> > /sys/bus/pci/devices/0000\:<b>\:<d>.<f>/sriov_numvfs
 161
 162
 163 Configure the VFs through PF
 164 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 165
 166 The PCI virtual functions must be configured before working or getting assigned
 167 to VMs/Containers. The configuration involves allocating the number of hardware
 168 queues, priorities, load balance, bandwidth and other settings necessary for the
 169 device to perform FEC functions.
 170
 171 This configuration needs to be executed at least once after reboot or PCI FLR and can
 172 be achieved by using the function ``fpga_lte_fec_configure()``, which sets up the
 173 parameters defined in ``fpga_lte_fec_conf`` structure:
 174
 175 .. code-block:: c
 176
 177   struct fpga_lte_fec_conf {
 178       bool pf_mode_en;
 179       uint8_t vf_ul_queues_number[FPGA_LTE_FEC_NUM_VFS];
 180       uint8_t vf_dl_queues_number[FPGA_LTE_FEC_NUM_VFS];
 181       uint8_t ul_bandwidth;
 182       uint8_t dl_bandwidth;
 183       uint8_t ul_load_balance;
 184       uint8_t dl_load_balance;
 185       uint16_t flr_time_out;
 186   };
 187
 188 - ``pf_mode_en``: identifies whether only PF is to be used, or the VFs. PF and
 189   VFs are mutually exclusive and cannot run simultaneously.
 190   Set to 1 for PF mode enabled.
 191   If PF mode is enabled all queues available in the device are assigned
 192   exclusively to PF and 0 queues given to VFs.
 193
 194 - ``vf_*l_queues_number``: defines the hardware queue mapping for every VF.
 195
 196 - ``*l_bandwidth``: in case of congestion on PCIe interface. The device
 197   allocates different bandwidth to UL and DL. The weight is configured by this
 198   setting. The unit of weight is 3 code blocks. For example, if the code block
 199   cbps (code block per second) ratio between UL and DL is 12:1, then the
 200   configuration value should be set to 36:3. The schedule algorithm is based
 201   on code block regardless the length of each block.
 202
 203 - ``*l_load_balance``: hardware queues are load-balanced in a round-robin
 204   fashion. Queues get filled first-in first-out until they reach a pre-defined
 205   watermark level, if exceeded, they won't get assigned new code blocks..
 206   This watermark is defined by this setting.
 207
 208   If all hardware queues exceeds the watermark, no code blocks will be
 209   streamed in from UL/DL code block FIFO.
 210
 211 - ``flr_time_out``: specifies how many 16.384us to be FLR time out. The
 212   time_out = flr_time_out x 16.384us. For instance, if you want to set 10ms for
 213   the FLR time out then set this setting to 0x262=610.
 214
 215
 216 An example configuration code calling the function ``fpga_lte_fec_configure()`` is shown
 217 below:
 218
 219 .. code-block:: c
 220
 221   struct fpga_lte_fec_conf conf;
 222   unsigned int i;
 223
 224   memset(&conf, 0, sizeof(struct fpga_lte_fec_conf));
 225   conf.pf_mode_en = 1;
 226
 227   for (i = 0; i < FPGA_LTE_FEC_NUM_VFS; ++i) {
 228       conf.vf_ul_queues_number[i] = 4;
 229       conf.vf_dl_queues_number[i] = 4;
 230   }
 231   conf.ul_bandwidth = 12;
 232   conf.dl_bandwidth = 5;
 233   conf.dl_load_balance = 64;
 234   conf.ul_load_balance = 64;
 235
 236   /* setup FPGA PF */
 237   ret = fpga_lte_fec_configure(info->dev_name, &conf);
 238   TEST_ASSERT_SUCCESS(ret,
 239       "Failed to configure 4G FPGA PF for bbdev %s",
 240       info->dev_name);
 241
 242
 243 Test Application
 244 ----------------
 245
 246 BBDEV provides a test application, ``test-bbdev.py`` and range of test data for testing
 247 the functionality of FPGA LTE FEC turbo encode and turbo decode, depending on the device's
 248 capabilities. The test application is located under app->test-bbdev folder and has the
 249 following options:
 250
 251 .. code-block:: console
 252
 253   "-p", "--testapp-path": specifies path to the bbdev test app.
 254   "-e", "--eal-params"  : EAL arguments which are passed to the test app.
 255   "-t", "--timeout"     : Timeout in seconds (default=300).
 256   "-c", "--test-cases"  : Defines test cases to run. Run all if not specified.
 257   "-v", "--test-vector" : Test vector path (default=dpdk_path+/app/test-bbdev/test_vectors/bbdev_null.data).
 258   "-n", "--num-ops"     : Number of operations to process on device (default=32).
 259   "-b", "--burst-size"  : Operations enqueue/dequeue burst size (default=32).
 260   "-l", "--num-lcores"  : Number of lcores to run (default=16).
 261   "-i", "--init-device" : Initialise PF device with default values.
 262
 263
 264 To execute the test application tool using simple turbo decode or turbo encode data,
 265 type one of the following:
 266
 267 .. code-block:: console
 268
 269   ./test-bbdev.py -c validation -n 64 -b 8 -v ./turbo_dec_default.data
 270   ./test-bbdev.py -c validation -n 64 -b 8 -v ./turbo_enc_default.data
 271
 272
 273 The test application ``test-bbdev.py``, supports the ability to configure the PF device with
 274 a default set of values, if the "-i" or "- -init-device" option is included. The default values
 275 are defined in test_bbdev_perf.c as:
 276
 277 - VF_UL_QUEUE_VALUE 4
 278 - VF_DL_QUEUE_VALUE 4
 279 - UL_BANDWIDTH 3
 280 - DL_BANDWIDTH 3
 281 - UL_LOAD_BALANCE 128
 282 - DL_LOAD_BALANCE 128
 283 - FLR_TIMEOUT 610
 284
 285
 286 Test Vectors
 287 ~~~~~~~~~~~~
 288
 289 In addition to the simple turbo decoder and turbo encoder tests, bbdev also provides
 290 a range of additional tests under the test_vectors folder, which may be useful. The results
 291 of these tests will depend on the FPGA LTE FEC capabilities:
 292
 293 * turbo decoder tests:
 294    - ``turbo_dec_c1_k6144_r0_e10376_crc24b_sbd_negllr_high_snr.data``
 295    - ``turbo_dec_c1_k6144_r0_e10376_crc24b_sbd_negllr_low_snr.data``
 296    - ``turbo_dec_c1_k6144_r0_e34560_negllr.data``
 297    - ``turbo_dec_c1_k6144_r0_e34560_sbd_negllr.data``
 298    - ``turbo_dec_c2_k3136_r0_e4920_sbd_negllr_crc24b.data``
 299    - ``turbo_dec_c2_k3136_r0_e4920_sbd_negllr.data``
 300
 301
 302 * turbo encoder tests:
 303    - ``turbo_enc_c1_k40_r0_e1190_rm.data``
 304    - ``turbo_enc_c1_k40_r0_e1194_rm.data``
 305    - ``turbo_enc_c1_k40_r0_e1196_rm.data``
 306    - ``turbo_enc_c1_k40_r0_e272_rm.data``
 307    - ``turbo_enc_c1_k6144_r0_e18444.data``
 308    - ``turbo_enc_c1_k6144_r0_e32256_crc24b_rm.data``
 309    - ``turbo_enc_c2_k5952_r0_e17868_crc24b.data``
 310    - ``turbo_enc_c3_k4800_r2_e14412_crc24b.data``
 311    - ``turbo_enc_c4_k4800_r2_e14412_crc24b.data``