net: add rte prefix to ether structures
[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 linux 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     /*
95      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
96      */
97
98     RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
99         /* skip ports that are not enabled */
100
101         if ((lsi_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
102             continue;
103
104         /* save the destination port id */
105
106         if (nb_ports_in_mask % 2) {
107             lsi_dst_ports[portid] = portid_last;
108             lsi_dst_ports[portid_last] = portid;
109         }
110         else
111             portid_last = portid;
112
113         nb_ports_in_mask++;
114
115         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
116     }
117
118 Observe that:
119
120 *   rte_pci_probe()  parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
121
122 The next step is to configure the RX and TX queues.
123 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
124 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
125 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
126
127 .. code-block:: c
128
129     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t) portid, 1, 1, &port_conf);
130     if (ret < 0)
131         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
132
133 The global configuration is stored in a static structure:
134
135 .. code-block:: c
136
137     static const struct rte_eth_conf port_conf = {
138         .rxmode = {
139             .split_hdr_size = 0,
140         },
141         .txmode = {},
142         .intr_conf = {
143             .lsc = 1, /**< link status interrupt feature enabled */
144         },
145     };
146
147 Configuring lsc to 0 (the default) disables the generation of any link status change interrupts in kernel space
148 and no user space interrupt event is received.
149 The public interface rte_eth_link_get() accesses the NIC registers directly to update the link status.
150 Configuring lsc to non-zero enables the generation of link status change interrupts in kernel space
151 when a link status change is present and calls the user space callbacks registered by the application.
152 The public interface rte_eth_link_get() just reads the link status in a global structure
153 that would be updated in the interrupt host thread only.
154
155 Interrupt Callback Registration
156 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
157
158 The application can register one or more callbacks to a specific port and interrupt event.
159 An example callback function that has been written as indicated below.
160
161 .. code-block:: c
162
163     static void
164     lsi_event_callback(uint16_t port_id, enum rte_eth_event_type type, void *param)
165     {
166         struct rte_eth_link link;
167
168         RTE_SET_USED(param);
169
170         printf("\n\nIn registered callback...\n");
171
172         printf("Event type: %s\n", type == RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC ? "LSC interrupt" : "unknown event");
173
174         rte_eth_link_get_nowait(port_id, &link);
175
176         if (link.link_status) {
177             printf("Port %d Link Up - speed %u Mbps - %s\n\n", port_id, (unsigned)link.link_speed,
178                   (link.link_duplex == ETH_LINK_FULL_DUPLEX) ? ("full-duplex") : ("half-duplex"));
179         } else
180             printf("Port %d Link Down\n\n", port_id);
181     }
182
183 This function is called when a link status interrupt is present for the right port.
184 The port_id indicates which port the interrupt applies to.
185 The type parameter identifies the interrupt event type,
186 which currently can be RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC only, but other types can be added in the future.
187 The param parameter is the address of the parameter for the callback.
188 This function should be implemented with care since it will be called in the interrupt host thread,
189 which is different from the main thread of its caller.
190
191 The application registers the lsi_event_callback and a NULL parameter to the link status interrupt event on each port:
192
193 .. code-block:: c
194
195     rte_eth_dev_callback_register((uint8_t)portid, RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC, lsi_event_callback, NULL);
196
197 This registration can be done only after calling the rte_eth_dev_configure() function and before calling any other function.
198 If lsc is initialized with 0, the callback is never called since no interrupt event would ever be present.
199
200 RX Queue Initialization
201 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
202
203 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
204 which specifies the number of queues per lcore.
205
206 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
207 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff),
208 the application will need four lcores to poll all the ports.
209
210 .. code-block:: c
211
212     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, lsi_pktmbuf_pool);
213     if (ret < 0)
214         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
215
216 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
217
218 .. code-block:: c
219
220     struct lcore_queue_conf {
221         unsigned n_rx_port;
222         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; unsigned tx_queue_id;
223         struct mbuf_table tx_mbufs[LSI_MAX_PORTS];
224     } rte_cache_aligned;
225
226     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
227
228 The n_rx_port and rx_port_list[] fields are used in the main packet processing loop
229 (see `Receive, Process and Transmit Packets`_).
230
231 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
232
233 .. code-block:: c
234
235     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
236         .rx_thresh = {
237             .pthresh = RX_PTHRESH,
238             .hthresh = RX_HTHRESH,
239             .wthresh = RX_WTHRESH,
240         },
241     };
242
243 TX Queue Initialization
244 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
245
246 Each lcore should be able to transmit on any port.
247 For every port, a single TX queue is initialized.
248
249 .. code-block:: c
250
251     /* init one TX queue logical core on each port */
252
253     fflush(stdout);
254
255     ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
256     if (ret < 0)
257         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d,port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
258
259 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
260
261 .. code-block:: c
262
263     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
264         .tx_thresh = {
265             .pthresh = TX_PTHRESH,
266             .hthresh = TX_HTHRESH,
267             .wthresh = TX_WTHRESH,
268         },
269         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
270     };
271
272 Receive, Process and Transmit Packets
273 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
274
275 In the lsi_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
276 This is done using the following code:
277
278 .. code-block:: c
279
280     /*
281      *   Read packet from RX queues
282      */
283
284     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
285         portid = qconf->rx_port_list[i];
286         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
287         port_statistics[portid].rx += nb_rx;
288
289         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
290             m = pkts_burst[j];
291             rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
292             lsi_simple_forward(m, portid);
293         }
294     }
295
296 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
297 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
298
299 Then, each mbuf in the table is processed by the lsi_simple_forward() function.
300 The processing is very simple: processes the TX port from the RX port and then replaces the source and destination MAC addresses.
301
302 .. note::
303
304     In the following code, the two lines for calculating the output port require some explanation.
305     If portId is even, the first line does nothing (as portid & 1 will be 0), and the second line adds 1.
306     If portId is odd, the first line subtracts one and the second line does nothing.
307     Therefore, 0 goes to 1, and 1 to 0, 2 goes to 3 and 3 to 2, and so on.
308
309 .. code-block:: c
310
311     static void
312     lsi_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
313     {
314         struct rte_ether_hdr *eth;
315         void *tmp;
316         unsigned dst_port = lsi_dst_ports[portid];
317
318         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct rte_ether_hdr *);
319
320         /* 02:00:00:00:00:xx */
321
322         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
323
324         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + (dst_port << 40);
325
326         /* src addr */
327         ether_addr_copy(&lsi_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
328
329         lsi_send_packet(m, dst_port);
330     }
331
332 Then, the packet is sent using the lsi_send_packet(m, dst_port) function.
333 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
334 Therefore, it would have been possible to call the lsi_send_burst() function directly from the main loop
335 to send all the received packets on the same TX port using
336 the burst-oriented send function, which is more efficient.
337
338 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
339 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
340 The application is implemented to illustrate that so the same approach can be reused in a more complex application.
341
342 The lsi_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
343 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the lsi_send_burst() function:
344
345 .. code-block:: c
346
347     /* Send the packet on an output interface */
348
349     static int
350     lsi_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint16_t port)
351     {
352         unsigned lcore_id, len;
353         struct lcore_queue_conf *qconf;
354
355         lcore_id = rte_lcore_id();
356         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
357         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
358         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
359         len++;
360
361         /* enough pkts to be sent */
362
363         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
364             lsi_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
365             len = 0;
366         }
367         qconf->tx_mbufs[port].len = len;
368
369         return 0;
370     }
371
372 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of the TX queue in its main loop.
373 This technique introduces some latency when there are not many packets to send.
374 However, it improves performance:
375
376 .. code-block:: c
377
378     cur_tsc = rte_rdtsc();
379
380     /*
381      *    TX burst queue drain
382      */
383
384     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
385
386     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
387         /* this could be optimized (use queueid instead of * portid), but it is not called so often */
388
389         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
390             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
391                 continue;
392
393             lsi_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id],
394             qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
395             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
396         }
397
398         /* if timer is enabled */
399
400         if (timer_period > 0) {
401             /* advance the timer */
402
403             timer_tsc += diff_tsc;
404
405             /* if timer has reached its timeout */
406
407             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
408                 /* do this only on master core */
409
410                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
411                     print_stats();
412
413                     /* reset the timer */
414                     timer_tsc = 0;
415                 }
416             }
417         }
418         prev_tsc = cur_tsc;
419    }