doc: replace license text with SPDX tag in ARK guide
[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         int ret;
168
169         RTE_SET_USED(param);
170
171         printf("\n\nIn registered callback...\n");
172
173         printf("Event type: %s\n", type == RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC ? "LSC interrupt" : "unknown event");
174
175         ret = rte_eth_link_get_nowait(port_id, &link);
176         if (ret < 0) {
177             printf("Failed to get port %d link status: %s\n\n",
178                    port_id, rte_strerror(-ret));
179         } else if (link.link_status) {
180             printf("Port %d Link Up - speed %u Mbps - %s\n\n", port_id, (unsigned)link.link_speed,
181                   (link.link_duplex == ETH_LINK_FULL_DUPLEX) ? ("full-duplex") : ("half-duplex"));
182         } else
183             printf("Port %d Link Down\n\n", port_id);
184     }
185
186 This function is called when a link status interrupt is present for the right port.
187 The port_id indicates which port the interrupt applies to.
188 The type parameter identifies the interrupt event type,
189 which currently can be RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC only, but other types can be added in the future.
190 The param parameter is the address of the parameter for the callback.
191 This function should be implemented with care since it will be called in the interrupt host thread,
192 which is different from the main thread of its caller.
193
194 The application registers the lsi_event_callback and a NULL parameter to the link status interrupt event on each port:
195
196 .. code-block:: c
197
198     rte_eth_dev_callback_register((uint8_t)portid, RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC, lsi_event_callback, NULL);
199
200 This registration can be done only after calling the rte_eth_dev_configure() function and before calling any other function.
201 If lsc is initialized with 0, the callback is never called since no interrupt event would ever be present.
202
203 RX Queue Initialization
204 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
205
206 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
207 which specifies the number of queues per lcore.
208
209 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
210 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff),
211 the application will need four lcores to poll all the ports.
212
213 .. code-block:: c
214
215     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, lsi_pktmbuf_pool);
216     if (ret < 0)
217         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
218
219 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
220
221 .. code-block:: c
222
223     struct lcore_queue_conf {
224         unsigned n_rx_port;
225         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; unsigned tx_queue_id;
226         struct mbuf_table tx_mbufs[LSI_MAX_PORTS];
227     } rte_cache_aligned;
228
229     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
230
231 The n_rx_port and rx_port_list[] fields are used in the main packet processing loop
232 (see `Receive, Process and Transmit Packets`_).
233
234 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
235
236 .. code-block:: c
237
238     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
239         .rx_thresh = {
240             .pthresh = RX_PTHRESH,
241             .hthresh = RX_HTHRESH,
242             .wthresh = RX_WTHRESH,
243         },
244     };
245
246 TX Queue Initialization
247 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
248
249 Each lcore should be able to transmit on any port.
250 For every port, a single TX queue is initialized.
251
252 .. code-block:: c
253
254     /* init one TX queue logical core on each port */
255
256     fflush(stdout);
257
258     ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
259     if (ret < 0)
260         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d,port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
261
262 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
263
264 .. code-block:: c
265
266     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
267         .tx_thresh = {
268             .pthresh = TX_PTHRESH,
269             .hthresh = TX_HTHRESH,
270             .wthresh = TX_WTHRESH,
271         },
272         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
273     };
274
275 Receive, Process and Transmit Packets
276 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
277
278 In the lsi_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
279 This is done using the following code:
280
281 .. code-block:: c
282
283     /*
284      *   Read packet from RX queues
285      */
286
287     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
288         portid = qconf->rx_port_list[i];
289         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
290         port_statistics[portid].rx += nb_rx;
291
292         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
293             m = pkts_burst[j];
294             rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
295             lsi_simple_forward(m, portid);
296         }
297     }
298
299 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
300 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
301
302 Then, each mbuf in the table is processed by the lsi_simple_forward() function.
303 The processing is very simple: processes the TX port from the RX port and then replaces the source and destination MAC addresses.
304
305 .. note::
306
307     In the following code, the two lines for calculating the output port require some explanation.
308     If portId is even, the first line does nothing (as portid & 1 will be 0), and the second line adds 1.
309     If portId is odd, the first line subtracts one and the second line does nothing.
310     Therefore, 0 goes to 1, and 1 to 0, 2 goes to 3 and 3 to 2, and so on.
311
312 .. code-block:: c
313
314     static void
315     lsi_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
316     {
317         struct rte_ether_hdr *eth;
318         void *tmp;
319         unsigned dst_port = lsi_dst_ports[portid];
320
321         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct rte_ether_hdr *);
322
323         /* 02:00:00:00:00:xx */
324
325         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
326
327         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + (dst_port << 40);
328
329         /* src addr */
330         rte_ether_addr_copy(&lsi_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
331
332         lsi_send_packet(m, dst_port);
333     }
334
335 Then, the packet is sent using the lsi_send_packet(m, dst_port) function.
336 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
337 Therefore, it would have been possible to call the lsi_send_burst() function directly from the main loop
338 to send all the received packets on the same TX port using
339 the burst-oriented send function, which is more efficient.
340
341 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
342 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
343 The application is implemented to illustrate that so the same approach can be reused in a more complex application.
344
345 The lsi_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
346 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the lsi_send_burst() function:
347
348 .. code-block:: c
349
350     /* Send the packet on an output interface */
351
352     static int
353     lsi_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint16_t port)
354     {
355         unsigned lcore_id, len;
356         struct lcore_queue_conf *qconf;
357
358         lcore_id = rte_lcore_id();
359         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
360         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
361         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
362         len++;
363
364         /* enough pkts to be sent */
365
366         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
367             lsi_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
368             len = 0;
369         }
370         qconf->tx_mbufs[port].len = len;
371
372         return 0;
373     }
374
375 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of the TX queue in its main loop.
376 This technique introduces some latency when there are not many packets to send.
377 However, it improves performance:
378
379 .. code-block:: c
380
381     cur_tsc = rte_rdtsc();
382
383     /*
384      *    TX burst queue drain
385      */
386
387     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
388
389     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
390         /* this could be optimized (use queueid instead of * portid), but it is not called so often */
391
392         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
393             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
394                 continue;
395
396             lsi_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id],
397             qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
398             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
399         }
400
401         /* if timer is enabled */
402
403         if (timer_period > 0) {
404             /* advance the timer */
405
406             timer_tsc += diff_tsc;
407
408             /* if timer has reached its timeout */
409
410             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
411                 /* do this only on master core */
412
413                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
414                     print_stats();
415
416                     /* reset the timer */
417                     timer_tsc = 0;
418                 }
419             }
420         }
421         prev_tsc = cur_tsc;
422    }