intel万兆网卡驱动简要分析
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这里分析的驱动代码是给予linux kernel 3.4.4
对应的文件在drivers/net/ethernet/intel 目录下，这个分析不涉及到很细节的地方，主要目的是理解下数据在协议栈和驱动之间是如何交互的。
首先我们知道网卡都是pci设备，因此这里每个网卡驱动其实就是一个pci驱动。并且intel这里是把好几个万兆网卡(82599/82598/x540)的驱动做在一起的。
首先我们来看对应的pci_driver的结构体，这里每个pci驱动都是一个pci_driver的结构体，而这里是多个万兆网卡共用这个结构体ixgbe_driver.
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static
struct
pci_driver ixgbe_driver = {
.name = ixgbe_driver_name,
.id_table = ixgbe_pci_tbl,
.probe = ixgbe_probe,
.
remove
= __devexit_p(ixgbe_remove),
#ifdef CONFIG_PM
.suspend = ixgbe_suspend,
.resume = ixgbe_resume,
#endif
.shutdown = ixgbe_shutdown,
.err_handler = &ixgbe_err_handler
};
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然后是模块初始化方法,这里其实很简单，就是调用pci的驱动注册方法，把ixgbe挂载到pci设备链中。 这里不对pci设备的初始化做太多介绍，我以前的blog有这方面的介绍，想了解的可以去看看。这里我们只需要知道最终内核会调用probe回调来初始化ixgbe。
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char
ixgbe_driver_name[] =
"ixgbe"
;
static
const
char
ixgbe_driver_string[] =
"Intel(R) 10 Gigabit PCI Express Network Driver"
;
static
int
__init ixgbe_init_module(
void
)
{
int
ret;
pr_info(
"%s - version %s\n"
, ixgbe_driver_string, ixgbe_driver_version);
pr_info(
"%s\n"
, ixgbe_copyright);
#ifdef CONFIG_IXGBE_DCA
dca_register_notify(&dca_notifier);
#endif
ret = pci_register_driver(&ixgbe_driver);
return
ret;
}
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这里不去追究具体如何调用probe的细节，我们直接来看probe函数，这个函数中通过硬件的信息来确定需要初始化那个驱动(82598/82599/x540),然后核心的驱动结构就放在下面的这个数组中。
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static
const
struct
ixgbe_info *ixgbe_info_tbl[] = {
[board_82598] = &ixgbe_82598_info,
[board_82599] = &ixgbe_82599_info,
[board_X540] = &ixgbe_X540_info,
};
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ixgbe_probe函数很长，我们这里就不详细分析了，因为这部分就是对网卡进行初始化。不过我们关注下面几个代码片段。
首先是根据硬件的参数来取得对应的驱动值:
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const
struct
ixgbe_info *ii = ixgbe_info_tbl[ent->driver_data];
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然后就是如何将不同的网卡驱动挂载到对应的回调中，这里做的很简单，就是通过对应的netdev的结构取得adapter，然后所有的核心操作都是保存在adapter中的，最后将ii的所有回调拷贝给adapter就可以了。我们来看代码：
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struct
net_device *netdev;
struct
ixgbe_adapter *adapter = NULL;
struct
ixgbe_hw *hw;
.....................................
adapter = netdev_priv(netdev);
pci_set_drvdata(pdev, adapter);
adapter->netdev = netdev;
adapter->pdev = pdev;
hw = &adapter->hw;
hw->back = adapter;
.......................................
memcpy
(&hw->mac.ops, ii->mac_ops,
sizeof
(hw->mac.ops));
hw->mac.type = ii->mac;
/* EEPROM */
memcpy
(&hw->eeprom.ops, ii->eeprom_ops,
sizeof
(hw->eeprom.ops));
.....................................
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最后需要关注的就是设置网卡属性，这些属性一般来说都是通过ethtool 可以设置的属性(比如tso/checksum等),这里我们就截取一部分:
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netdev->features = NETIF_F_SG |
NETIF_F_IP_CSUM |
NETIF_F_IPV6_CSUM |
NETIF_F_HW_VLAN_TX |
NETIF_F_HW_VLAN_RX |
NETIF_F_HW_VLAN_FILTER |
NETIF_F_TSO |
NETIF_F_TSO6 |
NETIF_F_RXHASH |
NETIF_F_RXCSUM;
netdev->hw_features = netdev->features;
switch
(adapter->hw.mac.type) {
case
ixgbe_mac_82599EB:
case
ixgbe_mac_X540:
netdev->features |= NETIF_F_SCTP_CSUM;
netdev->hw_features |= NETIF_F_SCTP_CSUM |
NETIF_F_NTUPLE;
break
;
default
:
break
;
}
netdev->hw_features |= NETIF_F_RXALL;
..................................................
netdev->priv_flags |= IFF_UNICAST_FLT;
netdev->priv_flags |= IFF_SUPP_NOFCS;
if
(adapter->flags & IXGBE_FLAG_SRIOV_ENABLED)
adapter->flags &= ~(IXGBE_FLAG_RSS_ENABLED |
IXGBE_FLAG_DCB_ENABLED);
...................................................................
if
(pci_using_dac) {
netdev->features |= NETIF_F_HIGHDMA;
netdev->vlan_features |= NETIF_F_HIGHDMA;
}
if
(adapter->flags2 & IXGBE_FLAG2_RSC_CAPABLE)
netdev->hw_features |= NETIF_F_LRO;
if
(adapter->flags2 & IXGBE_FLAG2_RSC_ENABLED)
netdev->features |= NETIF_F_LRO;
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然后我们来看下中断的注册，因为万兆网卡大部分都是多对列网卡(配合msix)，因此对于上层软件来说，就好像有多个网卡一样，它们之间的数据是相互独立的，这里读的话主要是napi驱动的poll方法，后面我们会分析这个.
到了这里或许要问那么网卡是如何挂载回调给上层，从而上层来发送数据呢，这里是这样子的，每个网络设备都有一个回调函数表(比如ndo_start_xmit)来供上层调用，而在ixgbe中的话，就是ixgbe_netdev_ops，下面就是这个结构，不过只是截取了我们很感兴趣的几个地方.
不过这里注意，读回调并不在里面，这是因为写是软件主动的，而读则是硬件主动的。现在ixgbe是NAPI的，因此它的poll回调是ixgbe_poll，是中断注册时候通过netif_napi_add添加进去的。
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static
const
struct
net_device_ops ixgbe_netdev_ops = {
.ndo_open = ixgbe_open,
.ndo_stop = ixgbe_close,
.ndo_start_xmit = ixgbe_xmit_frame,
.ndo_select_queue = ixgbe_select_queue,
.ndo_set_rx_mode = ixgbe_set_rx_mode,
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,
.ndo_set_mac_address = ixgbe_set_mac,
.ndo_change_mtu = ixgbe_change_mtu,
.ndo_tx_timeout = ixgbe_tx_timeout,
.................................................
.ndo_set_features = ixgbe_set_features,
.ndo_fix_features = ixgbe_fix_features,
};
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这里我们最关注的其实就是ndo_start_xmit回调，这个回调就是驱动提供给协议栈的发送回调接口。我们来看这个函数.
它的实现很简单，就是选取对应的队列，然后调用ixgbe_xmit_frame_ring来发送数据。
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static
netdev_tx_t ixgbe_xmit_frame(
struct
sk_buff *skb,
struct
net_device *netdev)
{
struct
ixgbe_adapter *adapter = netdev_priv(netdev);
struct
ixgbe_ring *tx_ring;
if
(skb->len <= 0) {
dev_kfree_skb_any(skb);
return
NETDEV_TX_OK;
}
/*
* The minimum packet size for olinfo paylen is 17 so pad the skb
* in order to meet this minimum size requirement.
*/
if
(skb->len < 17) {
if
(skb_padto(skb, 17))
return
NETDEV_TX_OK;
skb->len = 17;
}
//取得对应的队列
tx_ring = adapter->tx_ring[skb->queue_mapping];
//发送数据
return
ixgbe_xmit_frame_ring(skb, adapter, tx_ring);
}
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而在ixgbe_xmit_frame_ring中，我们就关注两个地方，一个是tso(什么是TSO，请自行google)，一个是如何发送.
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tso = ixgbe_tso(tx_ring, first, &hdr_len);
if
(tso < 0)
goto
out_drop;
else
if
(!tso)
ixgbe_tx_csum(tx_ring, first);
/* add the ATR filter if ATR is on */
if
(test_bit(__IXGBE_TX_FDIR_INIT_DONE, &tx_ring->state))
ixgbe_atr(tx_ring, first);
#ifdef IXGBE_FCOE
xmit_fcoe:
#endif /* IXGBE_FCOE */
ixgbe_tx_map(tx_ring, first, hdr_len);
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调用ixgbe_tso处理完tso之后，就会调用ixgbe_tx_map来发送数据。而ixgbe_tx_map所做的最主要是两步，第一步请求DMA，第二步写寄存器，通知网卡发送数据.
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dma = dma_map_single(tx_ring->dev, skb->data, size, DMA_TO_DEVICE);
if
(dma_mapping_error(tx_ring->dev, dma))
goto
dma_error;
/* record length, and DMA address */
dma_unmap_len_set(first, len, size);
dma_unmap_addr_set(first, dma, dma);
tx_desc->read.buffer_addr = cpu_to_le64(dma);
for
(;;) {
while
(unlikely(size > IXGBE_MAX_DATA_PER_TXD)) {
tx_desc->read.cmd_type_len =
cmd_type | cpu_to_le32(IXGBE_MAX_DATA_PER_TXD);
i++;
tx_desc++;
if
(i == tx_ring->count) {
tx_desc = IXGBE_TX_DESC(tx_ring, 0);
i = 0;
}
dma += IXGBE_MAX_DATA_PER_TXD;
size -= IXGBE_MAX_DATA_PER_TXD;
tx_desc->read.buffer_addr = cpu_to_le64(dma);
tx_desc->read.olinfo_status = 0;
}
...................................................
data_len -= size;
dma = skb_frag_dma_map(tx_ring->dev, frag, 0, size,
DMA_TO_DEVICE);
..........................................................
frag++;
}
.................................
tx_ring->next_to_use = i;
/* notify HW of packet */
writel(i, tx_ring->tail);
.................
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上面的操作是异步的，也就是说此时内核还不能释放SKB，而是网卡硬件发送完数据之后，会再次产生中断通知内核，然后内核才能释放内存.接下来我们来看这部分代码。
首先来看的是中断注册的代码，这里我们假设启用了MSIX,那么网卡的中断注册回调就是ixgbe_request_msix_irqs函数，这里我们可以看到调用request_irq函数来注册回调，并且每个队列都有自己的中断号。
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static
int
ixgbe_request_msix_irqs(
struct
ixgbe_adapter *adapter)
{
struct
net_device *netdev = adapter->netdev;
int
q_vectors = adapter->num_msix_vectors - NON_Q_VECTORS;
int
vector, err;
int
ri = 0, ti = 0;
for
(vector = 0; vector < q_vectors; vector++) {
struct
ixgbe_q_vector *q_vector = adapter->q_vector[vector];
struct
msix_entry *entry = &adapter->msix_entries[vector];
.......................................................................
err = request_irq(entry->vector, &ixgbe_msix_clean_rings, 0,
q_vector->name, q_vector);
if
(err) {
e_err(probe,
"request_irq failed for MSIX interrupt "
"Error: %d\n"
, err);
goto
free_queue_irqs;
}
/* If Flow Director is enabled, set interrupt affinity */
if
(adapter->flags & IXGBE_FLAG_FDIR_HASH_CAPABLE) {
/* assign the mask for this irq */
irq_set_affinity_hint(entry->vector,
&q_vector->affinity_mask);
}
}
..............................................
return
0;
free_queue_irqs:
...............................
return
err;
}
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而对应的中断回调是ixgbe_msix_clean_rings,而这个函数呢，做的事情很简单(需要熟悉NAPI的原理，我以前的blog有介绍),就是调用napi_schedule来重新加入软中断处理.
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static
irqreturn_t ixgbe_msix_clean_rings(
int
irq,
void
*data)
{
struct
ixgbe_q_vector *q_vector = data;
/* EIAM disabled interrupts (on this vector) for us */
if
(q_vector->rx.ring || q_vector->tx.ring)
napi_schedule(&q_vector->napi);
return
IRQ_HANDLED;
}
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而NAPI驱动我们知道，最终是会调用网卡驱动挂载的poll回调，在ixgbe中，对应的回调就是ixgbe_poll，那么也就是说这个函数要做两个工作，一个是处理读，一个是处理写完之后的清理.
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int
ixgbe_poll(
struct
napi_struct *napi,
int
budget)
{
struct
ixgbe_q_vector *q_vector =
container_of(napi,
struct
ixgbe_q_vector, napi);
struct
ixgbe_adapter *adapter = q_vector->adapter;
struct
ixgbe_ring *ring;
int
per_ring_budget;
bool
clean_complete =
true
;
#ifdef CONFIG_IXGBE_DCA
if
(adapter->flags & IXGBE_FLAG_DCA_ENABLED)
ixgbe_update_dca(q_vector);
#endif
//清理写
ixgbe_for_each_ring(ring, q_vector->tx)
clean_complete &= !!ixgbe_clean_tx_irq(q_vector, ring);
/* attempt to distribute budget to each queue fairly, but don't allow
* the budget to go below 1 because we'll exit polling */
if
(q_vector->rx.count > 1)
per_ring_budget = max(budget/q_vector->rx.count, 1);
else
per_ring_budget = budget;
//读数据，并清理已完成的
ixgbe_for_each_ring(ring, q_vector->rx)
clean_complete &= ixgbe_clean_rx_irq(q_vector, ring,
per_ring_budget);
/* If all work not completed, return budget and keep polling */
if
(!clean_complete)
return
budget;
/* all work done, exit the polling mode */
napi_complete(napi);
if
(adapter->rx_itr_setting & 1)
ixgbe_set_itr(q_vector);
if
(!test_bit(__IXGBE_DOWN, &adapter->state))
ixgbe_irq_enable_queues(adapter, ((u64)1 << q_vector->v_idx));
return
0;
}
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