nics/mlx5.rst

   1 ..  BSD LICENSE
   2     Copyright 2015 6WIND S.A.
   3
   4     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5     modification, are permitted provided that the following conditions
   6     are met:
   7
   8     * Redistributions of source code must retain the above copyright
   9     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  12     the documentation and/or other materials provided with the
  13     distribution.
  14     * Neither the name of 6WIND S.A. nor the names of its
  15     contributors may be used to endorse or promote products derived
  16     from this software without specific prior written permission.
  17
  18     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  19     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  20     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  21     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  22     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  23     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  24     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  28     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29
  30 MLX5 poll mode driver
  31 =====================
  32
  33 The MLX5 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx5**) provides support
  34 for **Mellanox ConnectX-4**, **Mellanox ConnectX-4 Lx** and **Mellanox
  35 ConnectX-5** families of 10/25/40/50/100 Gb/s adapters as well as their
  36 virtual functions (VF) in SR-IOV context.
  37
  38 Information and documentation about these adapters can be found on the
  39 `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`__. Help is also provided by the
  40 `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`__.
  41
  42 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
  43 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`__.
  44
  45 .. note::
  46
  47    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
  48    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX5_PMD=y`` and
  49    recompiling DPDK.
  50
  51 Implementation details
  52 ----------------------
  53
  54 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx5 and associated
  55 kernel support), librte_pmd_mlx5 relies heavily on system calls for control
  56 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
  57
  58 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
  59 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
  60 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
  61 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
  62 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
  63
  64 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
  65 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
  66 long as they share the same MAC address.
  67
  68 Enabling librte_pmd_mlx5 causes DPDK applications to be linked against
  69 libibverbs.
  70
  71 Features
  72 --------
  73
  74 - Multiple TX and RX queues.
  75 - Support for scattered TX and RX frames.
  76 - IPv4, IPv6, TCPv4, TCPv6, UDPv4 and UDPv6 RSS on any number of queues.
  77 - Several RSS hash keys, one for each flow type.
  78 - Configurable RETA table.
  79 - Support for multiple MAC addresses.
  80 - VLAN filtering.
  81 - RX VLAN stripping.
  82 - TX VLAN insertion.
  83 - RX CRC stripping configuration.
  84 - Promiscuous mode.
  85 - Multicast promiscuous mode.
  86 - Hardware checksum offloads.
  87 - Flow director (RTE_FDIR_MODE_PERFECT, RTE_FDIR_MODE_PERFECT_MAC_VLAN and
  88   RTE_ETH_FDIR_REJECT).
  89 - Flow API.
  90 - Secondary process TX is supported.
  91 - KVM and VMware ESX SR-IOV modes are supported.
  92 - RSS hash result is supported.
  93 - Hardware TSO.
  94 - Hardware checksum TX offload for VXLAN and GRE.
  95
  96 Limitations
  97 -----------
  98
  99 - Inner RSS for VXLAN frames is not supported yet.
 100 - Port statistics through software counters only.
 101 - Hardware checksum RX offloads for VXLAN inner header are not supported yet.
 102 - Secondary process RX is not supported.
 103
 104 Configuration
 105 -------------
 106
 107 Compilation options
 108 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 109
 110 These options can be modified in the ``.config`` file.
 111
 112 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX5_PMD`` (default **n**)
 113
 114   Toggle compilation of librte_pmd_mlx5 itself.
 115
 116 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX5_DEBUG`` (default **n**)
 117
 118   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
 119   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
 120   lower performance.
 121
 122 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX5_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
 123
 124   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
 125   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
 126   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
 127
 128   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
 129
 130 Environment variables
 131 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 132
 133 - ``MLX5_PMD_ENABLE_PADDING``
 134
 135   Enables HW packet padding in PCI bus transactions.
 136
 137   When packet size is cache aligned and CRC stripping is enabled, 4 fewer
 138   bytes are written to the PCI bus. Enabling padding makes such packets
 139   aligned again.
 140
 141   In cases where PCI bandwidth is the bottleneck, padding can improve
 142   performance by 10%.
 143
 144   This is disabled by default since this can also decrease performance for
 145   unaligned packet sizes.
 146
 147 Run-time configuration
 148 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 149
 150 - librte_pmd_mlx5 brings kernel network interfaces up during initialization
 151   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
 152   reception.
 153
 154 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
 155
 156 - ``rxq_cqe_comp_en`` parameter [int]
 157
 158   A nonzero value enables the compression of CQE on RX side. This feature
 159   allows to save PCI bandwidth and improve performance at the cost of a
 160   slightly higher CPU usage.  Enabled by default.
 161
 162   Supported on:
 163
 164   - x86_64 with ConnectX4 and ConnectX4 LX
 165   - Power8 with ConnectX4 LX
 166
 167 - ``txq_inline`` parameter [int]
 168
 169   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency.
 170   Can improve PPS performance when PCI back pressure is detected and may be
 171   useful for scenarios involving heavy traffic on many queues.
 172
 173   It is not enabled by default (set to 0) since the additional software
 174   logic necessary to handle this mode can lower performance when back
 175   pressure is not expected.
 176
 177 - ``txqs_min_inline`` parameter [int]
 178
 179   Enable inline send only when the number of TX queues is greater or equal
 180   to this value.
 181
 182   This option should be used in combination with ``txq_inline`` above.
 183
 184 - ``txq_mpw_en`` parameter [int]
 185
 186   A nonzero value enables multi-packet send (MPS) for ConnectX-4 Lx and
 187   enhanced multi-packet send (Enhanced MPS) for ConnectX-5. MPS allows the
 188   TX burst function to pack up multiple packets in a single descriptor
 189   session in order to save PCI bandwidth and improve performance at the
 190   cost of a slightly higher CPU usage. When ``txq_inline`` is set along
 191   with ``txq_mpw_en``, TX burst function tries to copy entire packet data
 192   on to TX descriptor instead of including pointer of packet only if there
 193   is enough room remained in the descriptor. ``txq_inline`` sets
 194   per-descriptor space for either pointers or inlined packets. In addition,
 195   Enhanced MPS supports hybrid mode - mixing inlined packets and pointers
 196   in the same descriptor.
 197
 198   This option cannot be used in conjunction with ``tso`` below. When ``tso``
 199   is set, ``txq_mpw_en`` is disabled.
 200
 201   It is currently only supported on the ConnectX-4 Lx and ConnectX-5
 202   families of adapters. Enabled by default.
 203
 204 - ``txq_mpw_hdr_dseg_en`` parameter [int]
 205
 206   A nonzero value enables including two pointers in the first block of TX
 207   descriptor. This can be used to lessen CPU load for memory copy.
 208
 209   Effective only when Enhanced MPS is supported. Disabled by default.
 210
 211 - ``txq_max_inline_len`` parameter [int]
 212
 213   Maximum size of packet to be inlined. This limits the size of packet to
 214   be inlined. If the size of a packet is larger than configured value, the
 215   packet isn't inlined even though there's enough space remained in the
 216   descriptor. Instead, the packet is included with pointer.
 217
 218   Effective only when Enhanced MPS is supported. The default value is 256.
 219
 220 - ``tso`` parameter [int]
 221
 222   A nonzero value enables hardware TSO.
 223   When hardware TSO is enabled, packets marked with TCP segmentation
 224   offload will be divided into segments by the hardware.
 225
 226   Disabled by default.
 227
 228 Prerequisites
 229 -------------
 230
 231 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
 232 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
 233 DPDK and must be installed separately:
 234
 235 - **libibverbs**
 236
 237   User space Verbs framework used by librte_pmd_mlx5. This library provides
 238   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
 239   such as libmlx5.
 240
 241   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
 242   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
 243   never leave user space.
 244
 245 - **libmlx5**
 246
 247   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-4/ConnectX-5
 248   devices, it is automatically loaded by libibverbs.
 249
 250   This library basically implements send/receive calls to the hardware
 251   queues.
 252
 253 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
 254
 255   They provide the kernel-side Verbs API and low level device drivers that
 256   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
 257   space processes.
 258
 259   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
 260   their devices:
 261
 262   - mlx5_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-4/ConnectX-5
 263     devices and related Ethernet kernel network devices.
 264   - mlx5_ib: InifiniBand device driver.
 265   - ib_uverbs: user space driver for Verbs (entry point for libibverbs).
 266
 267 - **Firmware update**
 268
 269   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-4/ConnectX-5
 270   adapters.
 271
 272   Because each release provides new features, these updates must be applied to
 273   match the kernel modules and libraries they come with.
 274
 275 .. note::
 276
 277    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
 278    licensed.
 279
 280 Currently supported by DPDK:
 281
 282 - Mellanox OFED version: **4.0-2.0.0.0**
 283 - firmware version:
 284
 285   - ConnectX-4: **12.18.2000**
 286   - ConnectX-4 Lx: **14.18.2000**
 287   - ConnectX-5: **16.19.1200**
 288   - ConnectX-5 Ex: **16.19.1200**
 289
 290 Getting Mellanox OFED
 291 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 292
 293 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
 294 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`__ and provided by package
 295 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
 296 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
 297
 298 `Mellanox OFED
 299 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux>`__
 300 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
 301 only libibverbs, libmlx5, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
 302 required from that distribution.
 303
 304 .. note::
 305
 306    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
 307    this DPDK release was developed and tested against is strongly
 308    recommended. Please check the `prerequisites`_.
 309
 310 Supported NICs
 311 --------------
 312
 313 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 10G MCX4111A-XCAT (1x10G)
 314 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 10G MCX4121A-XCAT (2x10G)
 315 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 25G MCX4111A-ACAT (1x25G)
 316 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 25G MCX4121A-ACAT (2x25G)
 317 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 40G MCX4131A-BCAT (1x40G)
 318 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 40G MCX413A-BCAT (1x40G)
 319 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 40G MCX415A-BCAT (1x40G)
 320 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX4131A-GCAT (1x50G)
 321 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX413A-GCAT (1x50G)
 322 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX414A-BCAT (2x50G)
 323 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX415A-GCAT (2x50G)
 324 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX416A-BCAT (2x50G)
 325 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX416A-GCAT (2x50G)
 326 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 50G MCX415A-CCAT (1x100G)
 327 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 100G MCX416A-CCAT (2x100G)
 328 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 Lx 10G MCX4121A-XCAT (2x10G)
 329 * Mellanox(R) ConnectX(R)-4 Lx 25G MCX4121A-ACAT (2x25G)
 330 * Mellanox(R) ConnectX(R)-5 100G MCX556A-ECAT (2x100G)
 331 * Mellanox(R) ConnectX(R)-5 Ex EN 100G MCX516A-CDAT (2x100G)
 332
 333 Known issues
 334 ------------
 335
 336 * **Flow pattern without any specific vlan will match for vlan packets as well.**
 337
 338   When VLAN spec is not specified in the pattern, the matching rule will be created with VLAN as a wild card.
 339   Meaning, the flow rule::
 340
 341         flow create 0 ingress pattern eth / vlan vid is 3 / ipv4 / end ...
 342
 343   Will only match vlan packets with vid=3. and the flow rules::
 344
 345         flow create 0 ingress pattern eth / ipv4 / end ...
 346
 347   Or::
 348
 349         flow create 0 ingress pattern eth / vlan / ipv4 / end ...
 350
 351   Will match any ipv4 packet (VLAN included).
 352
 353 Notes for testpmd
 354 -----------------
 355
 356 Compared to librte_pmd_mlx4 that implements a single RSS configuration per
 357 port, librte_pmd_mlx5 supports per-protocol RSS configuration.
 358
 359 Since ``testpmd`` defaults to IP RSS mode and there is currently no
 360 command-line parameter to enable additional protocols (UDP and TCP as well
 361 as IP), the following commands must be entered from its CLI to get the same
 362 behavior as librte_pmd_mlx4:
 363
 364 .. code-block:: console
 365
 366    > port stop all
 367    > port config all rss all
 368    > port start all
 369
 370 Usage example
 371 -------------
 372
 373 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox
 374 ConnectX-4/ConnectX-5 devices managed by librte_pmd_mlx5.
 375
 376 #. Load the kernel modules:
 377
 378    .. code-block:: console
 379
 380       modprobe -a ib_uverbs mlx5_core mlx5_ib
 381
 382    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
 383    be run:
 384
 385    .. code-block:: console
 386
 387       /etc/init.d/openibd restart
 388
 389    .. note::
 390
 391       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
 392       not have to be loaded.
 393
 394 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
 395    verbs. Related sysfs entries should be present:
 396
 397    .. code-block:: console
 398
 399       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
 400
 401    Example output:
 402
 403    .. code-block:: console
 404
 405       eth30
 406       eth31
 407       eth32
 408       eth33
 409
 410 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
 411
 412    .. code-block:: console
 413
 414       {
 415           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
 416           do
 417               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
 418           done;
 419       } |
 420       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
 421
 422    Example output:
 423
 424    .. code-block:: console
 425
 426       -w 0000:05:00.1
 427       -w 0000:06:00.0
 428       -w 0000:06:00.1
 429       -w 0000:05:00.0
 430
 431 #. Request huge pages:
 432
 433    .. code-block:: console
 434
 435       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
 436
 437 #. Start testpmd with basic parameters:
 438
 439    .. code-block:: console
 440
 441       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 05:00.0 -w 05:00.1 -w 06:00.0 -w 06:00.1 -- --rxq=2 --txq=2 -i
 442
 443    Example output:
 444
 445    .. code-block:: console
 446
 447       [...]
 448       EAL: PCI device 0000:05:00.0 on NUMA socket 0
 449       EAL:   probe driver: 15b3:1013 librte_pmd_mlx5
 450       PMD: librte_pmd_mlx5: PCI information matches, using device "mlx5_0" (VF: false)
 451       PMD: librte_pmd_mlx5: 1 port(s) detected
 452       PMD: librte_pmd_mlx5: port 1 MAC address is e4:1d:2d:e7:0c:fe
 453       EAL: PCI device 0000:05:00.1 on NUMA socket 0
 454       EAL:   probe driver: 15b3:1013 librte_pmd_mlx5
 455       PMD: librte_pmd_mlx5: PCI information matches, using device "mlx5_1" (VF: false)
 456       PMD: librte_pmd_mlx5: 1 port(s) detected
 457       PMD: librte_pmd_mlx5: port 1 MAC address is e4:1d:2d:e7:0c:ff
 458       EAL: PCI device 0000:06:00.0 on NUMA socket 0
 459       EAL:   probe driver: 15b3:1013 librte_pmd_mlx5
 460       PMD: librte_pmd_mlx5: PCI information matches, using device "mlx5_2" (VF: false)
 461       PMD: librte_pmd_mlx5: 1 port(s) detected
 462       PMD: librte_pmd_mlx5: port 1 MAC address is e4:1d:2d:e7:0c:fa
 463       EAL: PCI device 0000:06:00.1 on NUMA socket 0
 464       EAL:   probe driver: 15b3:1013 librte_pmd_mlx5
 465       PMD: librte_pmd_mlx5: PCI information matches, using device "mlx5_3" (VF: false)
 466       PMD: librte_pmd_mlx5: 1 port(s) detected
 467       PMD: librte_pmd_mlx5: port 1 MAC address is e4:1d:2d:e7:0c:fb
 468       Interactive-mode selected
 469       Configuring Port 0 (socket 0)
 470       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8cba80: TX queues number update: 0 -> 2
 471       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8cba80: RX queues number update: 0 -> 2
 472       Port 0: E4:1D:2D:E7:0C:FE
 473       Configuring Port 1 (socket 0)
 474       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8ccac8: TX queues number update: 0 -> 2
 475       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8ccac8: RX queues number update: 0 -> 2
 476       Port 1: E4:1D:2D:E7:0C:FF
 477       Configuring Port 2 (socket 0)
 478       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8cdb10: TX queues number update: 0 -> 2
 479       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8cdb10: RX queues number update: 0 -> 2
 480       Port 2: E4:1D:2D:E7:0C:FA
 481       Configuring Port 3 (socket 0)
 482       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8ceb58: TX queues number update: 0 -> 2
 483       PMD: librte_pmd_mlx5: 0x8ceb58: RX queues number update: 0 -> 2
 484       Port 3: E4:1D:2D:E7:0C:FB
 485       Checking link statuses...
 486       Port 0 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
 487       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
 488       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
 489       Port 3 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
 490       Done
 491       testpmd>