]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/dev/netmap/netmap_kern.h
It is 2014 and we have a new version of netmap.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / dev / netmap / netmap_kern.h
1 /*
2  * Copyright (C) 2011-2014 Matteo Landi, Luigi Rizzo. All rights reserved.
3  * Copyright (C) 2013-2014 Universita` di Pisa. All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  *   1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  *   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * $FreeBSD$
29  *
30  * The header contains the definitions of constants and function
31  * prototypes used only in kernelspace.
32  */
33
34 #ifndef _NET_NETMAP_KERN_H_
35 #define _NET_NETMAP_KERN_H_
36
37 #define WITH_VALE       // comment out to disable VALE support
38
39 #if defined(__FreeBSD__)
40
41 #define likely(x)       __builtin_expect((long)!!(x), 1L)
42 #define unlikely(x)     __builtin_expect((long)!!(x), 0L)
43
44 #define NM_LOCK_T       struct mtx
45 #define NMG_LOCK_T      struct mtx
46 #define NMG_LOCK_INIT() mtx_init(&netmap_global_lock, \
47                                 "netmap global lock", NULL, MTX_DEF)
48 #define NMG_LOCK_DESTROY()      mtx_destroy(&netmap_global_lock)
49 #define NMG_LOCK()      mtx_lock(&netmap_global_lock)
50 #define NMG_UNLOCK()    mtx_unlock(&netmap_global_lock)
51 #define NMG_LOCK_ASSERT()       mtx_assert(&netmap_global_lock, MA_OWNED)
52
53 #define NM_SELINFO_T    struct selinfo
54 #define MBUF_LEN(m)     ((m)->m_pkthdr.len)
55 #define MBUF_IFP(m)     ((m)->m_pkthdr.rcvif)
56 #define NM_SEND_UP(ifp, m)      ((NA(ifp))->if_input)(ifp, m)
57
58 #define NM_ATOMIC_T     volatile int    // XXX ?
59 /* atomic operations */
60 #include <machine/atomic.h>
61 #define NM_ATOMIC_TEST_AND_SET(p)       (!atomic_cmpset_acq_int((p), 0, 1))
62 #define NM_ATOMIC_CLEAR(p)              atomic_store_rel_int((p), 0)
63
64
65 MALLOC_DECLARE(M_NETMAP);
66
67 // XXX linux struct, not used in FreeBSD
68 struct net_device_ops {
69 };
70 struct hrtimer {
71 };
72
73 #elif defined (linux)
74
75 #define NM_LOCK_T       safe_spinlock_t // see bsd_glue.h
76 #define NM_SELINFO_T    wait_queue_head_t
77 #define MBUF_LEN(m)     ((m)->len)
78 #define MBUF_IFP(m)     ((m)->dev)
79 #define NM_SEND_UP(ifp, m)  \
80                         do { \
81                             m->priority = NM_MAGIC_PRIORITY; \
82                             netif_rx(m); \
83                         } while (0)
84
85 #define NM_ATOMIC_T     volatile long unsigned int
86
87 // XXX a mtx would suffice here too 20130404 gl
88 #define NMG_LOCK_T              struct semaphore
89 #define NMG_LOCK_INIT()         sema_init(&netmap_global_lock, 1)
90 #define NMG_LOCK_DESTROY()
91 #define NMG_LOCK()              down(&netmap_global_lock)
92 #define NMG_UNLOCK()            up(&netmap_global_lock)
93 #define NMG_LOCK_ASSERT()       //      XXX to be completed
94
95 #ifndef DEV_NETMAP
96 #define DEV_NETMAP
97 #endif /* DEV_NETMAP */
98
99 /*
100  * IFCAP_NETMAP goes into net_device's priv_flags (if_capenable).
101  * This was 16 bits up to linux 2.6.36, so we need a 16 bit value on older
102  * platforms and tolerate the clash with IFF_DYNAMIC and IFF_BRIDGE_PORT.
103  * For the 32-bit value, 0x100000 has no clashes until at least 3.5.1
104  */
105 #if LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(2,6,37)
106 #define IFCAP_NETMAP    0x8000
107 #else
108 #define IFCAP_NETMAP    0x200000
109 #endif
110
111 #elif defined (__APPLE__)
112
113 #warning apple support is incomplete.
114 #define likely(x)       __builtin_expect(!!(x), 1)
115 #define unlikely(x)     __builtin_expect(!!(x), 0)
116 #define NM_LOCK_T       IOLock *
117 #define NM_SELINFO_T    struct selinfo
118 #define MBUF_LEN(m)     ((m)->m_pkthdr.len)
119 #define NM_SEND_UP(ifp, m)      ((ifp)->if_input)(ifp, m)
120
121 #else
122
123 #error unsupported platform
124
125 #endif /* end - platform-specific code */
126
127 #define ND(format, ...)
128 #define D(format, ...)                                          \
129         do {                                                    \
130                 struct timeval __xxts;                          \
131                 microtime(&__xxts);                             \
132                 printf("%03d.%06d [%4d] %-25s " format "\n",    \
133                 (int)__xxts.tv_sec % 1000, (int)__xxts.tv_usec, \
134                 __LINE__, __FUNCTION__, ##__VA_ARGS__);         \
135         } while (0)
136
137 /* rate limited, lps indicates how many per second */
138 #define RD(lps, format, ...)                                    \
139         do {                                                    \
140                 static int t0, __cnt;                           \
141                 if (t0 != time_second) {                        \
142                         t0 = time_second;                       \
143                         __cnt = 0;                              \
144                 }                                               \
145                 if (__cnt++ < lps)                              \
146                         D(format, ##__VA_ARGS__);               \
147         } while (0)
148
149 struct netmap_adapter;
150 struct nm_bdg_fwd;
151 struct nm_bridge;
152 struct netmap_priv_d;
153
154 const char *nm_dump_buf(char *p, int len, int lim, char *dst);
155
156 #include "netmap_mbq.h"
157
158 extern NMG_LOCK_T       netmap_global_lock;
159
160 /*
161  * private, kernel view of a ring. Keeps track of the status of
162  * a ring across system calls.
163  *
164  *      nr_hwcur        index of the next buffer to refill.
165  *                      It corresponds to ring->head
166  *                      at the time the system call returns.
167  *
168  *      nr_hwtail       index of the first buffer owned by the kernel.
169  *                      On RX, hwcur->hwtail are receive buffers
170  *                      not yet released. hwcur is advanced following
171  *                      ring->head, hwtail is advanced on incoming packets,
172  *                      and a wakeup is generated when hwtail passes ring->cur
173  *                          On TX, hwcur->rcur have been filled by the sender
174  *                      but not sent yet to the NIC; rcur->hwtail are available
175  *                      for new transmissions, and hwtail->hwcur-1 are pending
176  *                      transmissions not yet acknowledged.
177  *
178  * The indexes in the NIC and netmap rings are offset by nkr_hwofs slots.
179  * This is so that, on a reset, buffers owned by userspace are not
180  * modified by the kernel. In particular:
181  * RX rings: the next empty buffer (hwtail + hwofs) coincides with
182  *      the next empty buffer as known by the hardware (next_to_check or so).
183  * TX rings: hwcur + hwofs coincides with next_to_send
184  *
185  * Clients cannot issue concurrent syscall on a ring. The system
186  * detects this and reports an error using two flags,
187  * NKR_WBUSY and NKR_RBUSY
188  * For received packets, slot->flags is set to nkr_slot_flags
189  * so we can provide a proper initial value (e.g. set NS_FORWARD
190  * when operating in 'transparent' mode).
191  *
192  * The following fields are used to implement lock-free copy of packets
193  * from input to output ports in VALE switch:
194  *      nkr_hwlease     buffer after the last one being copied.
195  *                      A writer in nm_bdg_flush reserves N buffers
196  *                      from nr_hwlease, advances it, then does the
197  *                      copy outside the lock.
198  *                      In RX rings (used for VALE ports),
199  *                      nkr_hwtail <= nkr_hwlease < nkr_hwcur+N-1
200  *                      In TX rings (used for NIC or host stack ports)
201  *                      nkr_hwcur <= nkr_hwlease < nkr_hwtail
202  *      nkr_leases      array of nkr_num_slots where writers can report
203  *                      completion of their block. NR_NOSLOT (~0) indicates
204  *                      that the writer has not finished yet
205  *      nkr_lease_idx   index of next free slot in nr_leases, to be assigned
206  *
207  * The kring is manipulated by txsync/rxsync and generic netmap function.
208  *
209  * Concurrent rxsync or txsync on the same ring are prevented through
210  * by nm_kr_lock() which in turn uses nr_busy. This is all we need
211  * for NIC rings, and for TX rings attached to the host stack.
212  *
213  * RX rings attached to the host stack use an mbq (rx_queue) on both
214  * rxsync_from_host() and netmap_transmit(). The mbq is protected
215  * by its internal lock.
216  *
217  * RX rings attached to the VALE switch are accessed by both sender
218  * and receiver. They are protected through the q_lock on the RX ring.
219  */
220 struct netmap_kring {
221         struct netmap_ring      *ring;
222
223         uint32_t        nr_hwcur;
224         uint32_t        nr_hwtail;
225
226         /*
227          * Copies of values in user rings, so we do not need to look
228          * at the ring (which could be modified). These are set in the
229          * *sync_prologue()/finalize() routines.
230          */
231         uint32_t        rhead;
232         uint32_t        rcur;
233         uint32_t        rtail;
234
235         uint32_t        nr_kflags;      /* private driver flags */
236 #define NKR_PENDINTR    0x1             // Pending interrupt.
237         uint32_t        nkr_num_slots;
238
239         /*
240          * On a NIC reset, the NIC ring indexes may be reset but the
241          * indexes in the netmap rings remain the same. nkr_hwofs
242          * keeps track of the offset between the two.
243          */
244         int32_t         nkr_hwofs;
245
246         uint16_t        nkr_slot_flags; /* initial value for flags */
247
248         /* last_reclaim is opaque marker to help reduce the frequency
249          * of operations such as reclaiming tx buffers. A possible use
250          * is set it to ticks and do the reclaim only once per tick.
251          */
252         uint64_t        last_reclaim;
253
254
255         NM_SELINFO_T    si;             /* poll/select wait queue */
256         NM_LOCK_T       q_lock;         /* protects kring and ring. */
257         NM_ATOMIC_T     nr_busy;        /* prevent concurrent syscalls */
258
259         struct netmap_adapter *na;
260
261         /* The folloiwing fields are for VALE switch support */
262         struct nm_bdg_fwd *nkr_ft;
263         uint32_t        *nkr_leases;
264 #define NR_NOSLOT       ((uint32_t)~0)  /* used in nkr_*lease* */
265         uint32_t        nkr_hwlease;
266         uint32_t        nkr_lease_idx;
267
268         volatile int nkr_stopped;       // XXX what for ?
269
270         /* support for adapters without native netmap support.
271          * On tx rings we preallocate an array of tx buffers
272          * (same size as the netmap ring), on rx rings we
273          * store incoming packets in a queue.
274          * XXX who writes to the rx queue ?
275          */
276         struct mbuf **tx_pool;
277         // u_int nr_ntc;                /* Emulation of a next-to-clean RX ring pointer. */
278         struct mbq rx_queue;            /* intercepted rx mbufs. */
279
280         uint32_t        ring_id;        /* debugging */
281         char name[64];                  /* diagnostic */
282
283 } __attribute__((__aligned__(64)));
284
285
286 /* return the next index, with wraparound */
287 static inline uint32_t
288 nm_next(uint32_t i, uint32_t lim)
289 {
290         return unlikely (i == lim) ? 0 : i + 1;
291 }
292
293
294 /* return the previous index, with wraparound */
295 static inline uint32_t
296 nm_prev(uint32_t i, uint32_t lim)
297 {
298         return unlikely (i == 0) ? lim : i - 1;
299 }
300
301
302 /*
303  *
304  * Here is the layout for the Rx and Tx rings.
305
306        RxRING                            TxRING
307
308       +-----------------+            +-----------------+
309       |                 |            |                 |
310       |XXX free slot XXX|            |XXX free slot XXX|
311       +-----------------+            +-----------------+
312 head->| owned by user   |<-hwcur     | not sent to nic |<-hwcur
313       |                 |            | yet             |
314       +-----------------+            |                 |
315  cur->| available to    |            |                 |
316       | user, not read  |            +-----------------+
317       | yet             |       cur->| (being          |
318       |                 |            |  prepared)      |
319       |                 |            |                 |
320       +-----------------+            +     ------      +
321 tail->|                 |<-hwtail    |                 |<-hwlease
322       | (being          | ...        |                 | ...
323       |  prepared)      | ...        |                 | ...
324       +-----------------+ ...        |                 | ...
325       |                 |<-hwlease   +-----------------+
326       |                 |      tail->|                 |<-hwtail
327       |                 |            |                 |
328       |                 |            |                 |
329       |                 |            |                 |
330       +-----------------+            +-----------------+
331
332  * The cur/tail (user view) and hwcur/hwtail (kernel view)
333  * are used in the normal operation of the card.
334  *
335  * When a ring is the output of a switch port (Rx ring for
336  * a VALE port, Tx ring for the host stack or NIC), slots
337  * are reserved in blocks through 'hwlease' which points
338  * to the next unused slot.
339  * On an Rx ring, hwlease is always after hwtail,
340  * and completions cause hwtail to advance.
341  * On a Tx ring, hwlease is always between cur and hwtail,
342  * and completions cause cur to advance.
343  *
344  * nm_kr_space() returns the maximum number of slots that
345  * can be assigned.
346  * nm_kr_lease() reserves the required number of buffers,
347  *    advances nkr_hwlease and also returns an entry in
348  *    a circular array where completions should be reported.
349  */
350
351
352
353 enum txrx { NR_RX = 0, NR_TX = 1 };
354
355 /*
356  * The "struct netmap_adapter" extends the "struct adapter"
357  * (or equivalent) device descriptor.
358  * It contains all base fields needed to support netmap operation.
359  * There are in fact different types of netmap adapters
360  * (native, generic, VALE switch...) so a netmap_adapter is
361  * just the first field in the derived type.
362  */
363 struct netmap_adapter {
364         /*
365          * On linux we do not have a good way to tell if an interface
366          * is netmap-capable. So we always use the following trick:
367          * NA(ifp) points here, and the first entry (which hopefully
368          * always exists and is at least 32 bits) contains a magic
369          * value which we can use to detect that the interface is good.
370          */
371         uint32_t magic;
372         uint32_t na_flags;      /* enabled, and other flags */
373 #define NAF_SKIP_INTR   1       /* use the regular interrupt handler.
374                                  * useful during initialization
375                                  */
376 #define NAF_SW_ONLY     2       /* forward packets only to sw adapter */
377 #define NAF_BDG_MAYSLEEP 4      /* the bridge is allowed to sleep when
378                                  * forwarding packets coming from this
379                                  * interface
380                                  */
381 #define NAF_MEM_OWNER   8       /* the adapter is responsible for the
382                                  * deallocation of the memory allocator
383                                  */
384 #define NAF_NATIVE_ON   16      /* the adapter is native and the attached
385                                  * interface is in netmap mode
386                                  */
387 #define NAF_NETMAP_ON   32      /* netmap is active (either native or
388                                  * emulated. Where possible (e.g. FreeBSD)
389                                  * IFCAP_NETMAP also mirrors this flag.
390                                  */
391         int active_fds; /* number of user-space descriptors using this
392                          interface, which is equal to the number of
393                          struct netmap_if objs in the mapped region. */
394
395         u_int num_rx_rings; /* number of adapter receive rings */
396         u_int num_tx_rings; /* number of adapter transmit rings */
397
398         u_int num_tx_desc; /* number of descriptor in each queue */
399         u_int num_rx_desc;
400
401         /* tx_rings and rx_rings are private but allocated
402          * as a contiguous chunk of memory. Each array has
403          * N+1 entries, for the adapter queues and for the host queue.
404          */
405         struct netmap_kring *tx_rings; /* array of TX rings. */
406         struct netmap_kring *rx_rings; /* array of RX rings. */
407
408         void *tailroom;                /* space below the rings array */
409                                        /* (used for leases) */
410
411
412         NM_SELINFO_T tx_si, rx_si;      /* global wait queues */
413
414         /* copy of if_qflush and if_transmit pointers, to intercept
415          * packets from the network stack when netmap is active.
416          */
417         int     (*if_transmit)(struct ifnet *, struct mbuf *);
418
419         /* copy of if_input for netmap_send_up() */
420         void     (*if_input)(struct ifnet *, struct mbuf *);
421
422         /* references to the ifnet and device routines, used by
423          * the generic netmap functions.
424          */
425         struct ifnet *ifp; /* adapter is ifp->if_softc */
426
427         /*---- callbacks for this netmap adapter -----*/
428         /*
429          * nm_dtor() is the cleanup routine called when destroying
430          *      the adapter.
431          *
432          * nm_register() is called on NIOCREGIF and close() to enter
433          *      or exit netmap mode on the NIC
434          *
435          * nm_txsync() pushes packets to the underlying hw/switch
436          *
437          * nm_rxsync() collects packets from the underlying hw/switch
438          *
439          * nm_config() returns configuration information from the OS
440          *
441          * nm_krings_create() XXX
442          *
443          * nm_krings_delete() XXX
444          *
445          * nm_notify() is used to act after data have become available.
446          *      For hw devices this is typically a selwakeup(),
447          *      but for NIC/host ports attached to a switch (or vice-versa)
448          *      we also need to invoke the 'txsync' code downstream.
449          */
450
451         /* private cleanup */
452         void (*nm_dtor)(struct netmap_adapter *);
453
454         int (*nm_register)(struct netmap_adapter *, int onoff);
455
456         int (*nm_txsync)(struct netmap_adapter *, u_int ring, int flags);
457         int (*nm_rxsync)(struct netmap_adapter *, u_int ring, int flags);
458 #define NAF_FORCE_READ    1
459 #define NAF_FORCE_RECLAIM 2
460         /* return configuration information */
461         int (*nm_config)(struct netmap_adapter *,
462                 u_int *txr, u_int *txd, u_int *rxr, u_int *rxd);
463         int (*nm_krings_create)(struct netmap_adapter *);
464         void (*nm_krings_delete)(struct netmap_adapter *);
465         int (*nm_notify)(struct netmap_adapter *,
466                 u_int ring, enum txrx, int flags);
467 #define NAF_GLOBAL_NOTIFY 4
468 #define NAF_DISABLE_NOTIFY 8
469
470         /* standard refcount to control the lifetime of the adapter
471          * (it should be equal to the lifetime of the corresponding ifp)
472          */
473         int na_refcount;
474
475         /* memory allocator (opaque)
476          * We also cache a pointer to the lut_entry for translating
477          * buffer addresses, and the total number of buffers.
478          */
479         struct netmap_mem_d *nm_mem;
480         struct lut_entry *na_lut;
481         uint32_t na_lut_objtotal;       /* max buffer index */
482
483         /* used internally. If non-null, the interface cannot be bound
484          * from userspace
485          */
486         void *na_private;
487 };
488
489
490 /*
491  * If the NIC is owned by the kernel
492  * (i.e., bridge), neither another bridge nor user can use it;
493  * if the NIC is owned by a user, only users can share it.
494  * Evaluation must be done under NMG_LOCK().
495  */
496 #define NETMAP_OWNED_BY_KERN(na)        (na->na_private)
497 #define NETMAP_OWNED_BY_ANY(na) \
498         (NETMAP_OWNED_BY_KERN(na) || (na->active_fds > 0))
499
500
501 /*
502  * derived netmap adapters for various types of ports
503  */
504 struct netmap_vp_adapter {      /* VALE software port */
505         struct netmap_adapter up;
506
507         /*
508          * Bridge support:
509          *
510          * bdg_port is the port number used in the bridge;
511          * na_bdg points to the bridge this NA is attached to.
512          */
513         int bdg_port;
514         struct nm_bridge *na_bdg;
515         int retry;
516
517         u_int offset;   /* Offset of ethernet header for each packet. */
518 };
519
520
521 struct netmap_hw_adapter {      /* physical device */
522         struct netmap_adapter up;
523
524         struct net_device_ops nm_ndo;   // XXX linux only
525 };
526
527
528 struct netmap_generic_adapter { /* emulated device */
529         struct netmap_hw_adapter up;
530
531         /* Pointer to a previously used netmap adapter. */
532         struct netmap_adapter *prev;
533
534         /* generic netmap adapters support:
535          * a net_device_ops struct overrides ndo_select_queue(),
536          * save_if_input saves the if_input hook (FreeBSD),
537          * mit_timer and mit_pending implement rx interrupt mitigation,
538          */
539         struct net_device_ops generic_ndo;
540         void (*save_if_input)(struct ifnet *, struct mbuf *);
541
542         struct hrtimer mit_timer;
543         int mit_pending;
544 #ifdef linux
545         netdev_tx_t (*save_start_xmit)(struct mbuf *, struct ifnet *);
546 #endif
547 };
548
549 #ifdef WITH_VALE
550
551 /*
552  * Bridge wrapper for non VALE ports attached to a VALE switch.
553  *
554  * The real device must already have its own netmap adapter (hwna).
555  * The bridge wrapper and the hwna adapter share the same set of
556  * netmap rings and buffers, but they have two separate sets of
557  * krings descriptors, with tx/rx meanings swapped:
558  *
559  *                                  netmap
560  *           bwrap     krings       rings      krings      hwna
561  *         +------+   +------+     +-----+    +------+   +------+
562  *         |tx_rings->|      |\   /|     |----|      |<-tx_rings|
563  *         |      |   +------+ \ / +-----+    +------+   |      |
564  *         |      |             X                        |      |
565  *         |      |            / \                       |      |
566  *         |      |   +------+/   \+-----+    +------+   |      |
567  *         |rx_rings->|      |     |     |----|      |<-rx_rings|
568  *         |      |   +------+     +-----+    +------+   |      |
569  *         +------+                                      +------+
570  *
571  * - packets coming from the bridge go to the brwap rx rings,
572  *   which are also the hwna tx rings.  The bwrap notify callback
573  *   will then complete the hwna tx (see netmap_bwrap_notify).
574  *
575  * - packets coming from the outside go to the hwna rx rings,
576  *   which are also the bwrap tx rings.  The (overwritten) hwna
577  *   notify method will then complete the bridge tx
578  *   (see netmap_bwrap_intr_notify).
579  *
580  *   The bridge wrapper may optionally connect the hwna 'host' rings
581  *   to the bridge. This is done by using a second port in the
582  *   bridge and connecting it to the 'host' netmap_vp_adapter
583  *   contained in the netmap_bwrap_adapter. The brwap host adapter
584  *   cross-links the hwna host rings in the same way as shown above.
585  *
586  * - packets coming from the bridge and directed to the host stack
587  *   are handled by the bwrap host notify callback
588  *   (see netmap_bwrap_host_notify)
589  *
590  * - packets coming from the host stack are still handled by the
591  *   overwritten hwna notify callback (netmap_bwrap_intr_notify),
592  *   but are diverted to the host adapter depending on the ring number.
593  *
594  */
595 struct netmap_bwrap_adapter {
596         struct netmap_vp_adapter up;
597         struct netmap_vp_adapter host;  /* for host rings */
598         struct netmap_adapter *hwna;    /* the underlying device */
599
600         /* backup of the hwna notify callback */
601         int (*save_notify)(struct netmap_adapter *,
602                         u_int ring, enum txrx, int flags);
603
604         /*
605          * When we attach a physical interface to the bridge, we
606          * allow the controlling process to terminate, so we need
607          * a place to store the netmap_priv_d data structure.
608          * This is only done when physical interfaces
609          * are attached to a bridge.
610          */
611         struct netmap_priv_d *na_kpriv;
612 };
613
614
615 #endif /* WITH_VALE */
616
617
618 /* return slots reserved to rx clients; used in drivers */
619 static inline uint32_t
620 nm_kr_rxspace(struct netmap_kring *k)
621 {
622         int space = k->nr_hwtail - k->nr_hwcur;
623         if (space < 0) 
624                 space += k->nkr_num_slots;
625         ND("preserving %d rx slots %d -> %d", space, k->nr_hwcur, k->nr_hwtail);
626
627         return space;
628 }
629
630
631 /* True if no space in the tx ring. only valid after txsync_prologue */
632 static inline int
633 nm_kr_txempty(struct netmap_kring *kring)
634 {
635         return kring->rcur == kring->nr_hwtail;
636 }
637
638
639 /*
640  * protect against multiple threads using the same ring.
641  * also check that the ring has not been stopped.
642  * We only care for 0 or !=0 as a return code.
643  */
644 #define NM_KR_BUSY      1
645 #define NM_KR_STOPPED   2
646
647
648 static __inline void nm_kr_put(struct netmap_kring *kr)
649 {
650         NM_ATOMIC_CLEAR(&kr->nr_busy);
651 }
652
653
654 static __inline int nm_kr_tryget(struct netmap_kring *kr)
655 {
656         /* check a first time without taking the lock
657          * to avoid starvation for nm_kr_get()
658          */
659         if (unlikely(kr->nkr_stopped)) {
660                 ND("ring %p stopped (%d)", kr, kr->nkr_stopped);
661                 return NM_KR_STOPPED;
662         }
663         if (unlikely(NM_ATOMIC_TEST_AND_SET(&kr->nr_busy)))
664                 return NM_KR_BUSY;
665         /* check a second time with lock held */
666         if (unlikely(kr->nkr_stopped)) {
667                 ND("ring %p stopped (%d)", kr, kr->nkr_stopped);
668                 nm_kr_put(kr);
669                 return NM_KR_STOPPED;
670         }
671         return 0;
672 }
673
674
675 /*
676  * The following functions are used by individual drivers to
677  * support netmap operation.
678  *
679  * netmap_attach() initializes a struct netmap_adapter, allocating the
680  *      struct netmap_ring's and the struct selinfo.
681  *
682  * netmap_detach() frees the memory allocated by netmap_attach().
683  *
684  * netmap_transmit() replaces the if_transmit routine of the interface,
685  *      and is used to intercept packets coming from the stack.
686  *
687  * netmap_load_map/netmap_reload_map are helper routines to set/reset
688  *      the dmamap for a packet buffer
689  *
690  * netmap_reset() is a helper routine to be called in the driver
691  *      when reinitializing a ring.
692  */
693 int netmap_attach(struct netmap_adapter *);
694 int netmap_attach_common(struct netmap_adapter *);
695 void netmap_detach_common(struct netmap_adapter *na);
696 void netmap_detach(struct ifnet *);
697 int netmap_transmit(struct ifnet *, struct mbuf *);
698 struct netmap_slot *netmap_reset(struct netmap_adapter *na,
699         enum txrx tx, u_int n, u_int new_cur);
700 int netmap_ring_reinit(struct netmap_kring *);
701
702 /* default functions to handle rx/tx interrupts */
703 int netmap_rx_irq(struct ifnet *, u_int, u_int *);
704 #define netmap_tx_irq(_n, _q) netmap_rx_irq(_n, _q, NULL)
705 void netmap_common_irq(struct ifnet *, u_int, u_int *work_done);
706
707 void netmap_disable_all_rings(struct ifnet *);
708 void netmap_enable_all_rings(struct ifnet *);
709 void netmap_disable_ring(struct netmap_kring *kr);
710
711
712 /* set/clear native flags and if_transmit/netdev_ops */
713 static inline void
714 nm_set_native_flags(struct netmap_adapter *na)
715 {
716         struct ifnet *ifp = na->ifp;
717
718         na->na_flags |= (NAF_NATIVE_ON | NAF_NETMAP_ON);
719 #ifdef IFCAP_NETMAP /* or FreeBSD ? */
720         ifp->if_capenable |= IFCAP_NETMAP;
721 #endif
722 #ifdef __FreeBSD__
723         na->if_transmit = ifp->if_transmit;
724         ifp->if_transmit = netmap_transmit;
725 #else
726         na->if_transmit = (void *)ifp->netdev_ops;
727         ifp->netdev_ops = &((struct netmap_hw_adapter *)na)->nm_ndo;
728 #endif
729 }
730
731
732 static inline void
733 nm_clear_native_flags(struct netmap_adapter *na)
734 {
735         struct ifnet *ifp = na->ifp;
736
737 #ifdef __FreeBSD__
738         ifp->if_transmit = na->if_transmit;
739 #else
740         ifp->netdev_ops = (void *)na->if_transmit;
741 #endif
742         na->na_flags &= ~(NAF_NATIVE_ON | NAF_NETMAP_ON);
743 #ifdef IFCAP_NETMAP /* or FreeBSD ? */
744         ifp->if_capenable &= ~IFCAP_NETMAP;
745 #endif
746 }
747
748
749 /*
750  * validates parameters in the ring/kring, returns a value for head
751  * If any error, returns ring_size to force a reinit.
752  */
753 uint32_t nm_txsync_prologue(struct netmap_kring *);
754
755
756 /*
757  * validates parameters in the ring/kring, returns a value for head,
758  * and the 'reserved' value in the argument.
759  * If any error, returns ring_size lim to force a reinit.
760  */
761 uint32_t nm_rxsync_prologue(struct netmap_kring *);
762
763
764 /*
765  * update kring and ring at the end of txsync.
766  */
767 static inline void
768 nm_txsync_finalize(struct netmap_kring *kring)
769 {
770         /* update ring head/tail to what the kernel knows */
771         kring->ring->tail = kring->rtail = kring->nr_hwtail;
772         kring->ring->head = kring->rhead = kring->nr_hwcur;
773         
774         /* note, head/rhead/hwcur might be behind cur/rcur
775          * if no carrier
776          */
777         ND(5, "%s now hwcur %d hwtail %d head %d cur %d tail %d",
778                 kring->name, kring->nr_hwcur, kring->nr_hwtail,
779                 kring->rhead, kring->rcur, kring->rtail);
780 }
781
782
783 /*
784  * update kring and ring at the end of rxsync
785  */
786 static inline void
787 nm_rxsync_finalize(struct netmap_kring *kring)
788 {
789         /* tell userspace that there might be new packets */
790         //struct netmap_ring *ring = kring->ring;
791         ND("head %d cur %d tail %d -> %d", ring->head, ring->cur, ring->tail,
792                 kring->nr_hwtail);
793         kring->ring->tail = kring->rtail = kring->nr_hwtail;
794         /* make a copy of the state for next round */
795         kring->rhead = kring->ring->head;
796         kring->rcur = kring->ring->cur;
797 }
798
799
800 /* check/fix address and len in tx rings */
801 #if 1 /* debug version */
802 #define NM_CHECK_ADDR_LEN(_a, _l)       do {                            \
803         if (_a == netmap_buffer_base || _l > NETMAP_BUF_SIZE) {         \
804                 RD(5, "bad addr/len ring %d slot %d idx %d len %d",     \
805                         ring_nr, nm_i, slot->buf_idx, len);             \
806                 if (_l > NETMAP_BUF_SIZE)                               \
807                         _l = NETMAP_BUF_SIZE;                           \
808         } } while (0)
809 #else /* no debug version */
810 #define NM_CHECK_ADDR_LEN(_a, _l)       do {                            \
811                 if (_l > NETMAP_BUF_SIZE)                               \
812                         _l = NETMAP_BUF_SIZE;                           \
813         } while (0)
814 #endif
815
816
817 /*---------------------------------------------------------------*/
818 /*
819  * Support routines to be used with the VALE switch
820  */
821 int netmap_update_config(struct netmap_adapter *na);
822 int netmap_krings_create(struct netmap_adapter *na, u_int ntx, u_int nrx, u_int tailroom);
823 void netmap_krings_delete(struct netmap_adapter *na);
824 int netmap_rxsync_from_host(struct netmap_adapter *na, struct thread *td, void *pwait);
825
826
827 struct netmap_if *
828 netmap_do_regif(struct netmap_priv_d *priv, struct netmap_adapter *na,
829         uint16_t ringid, int *err);
830
831
832
833 u_int nm_bound_var(u_int *v, u_int dflt, u_int lo, u_int hi, const char *msg);
834 int netmap_get_na(struct nmreq *nmr, struct netmap_adapter **na, int create);
835 int netmap_get_hw_na(struct ifnet *ifp, struct netmap_adapter **na);
836
837
838 #ifdef WITH_VALE
839 /*
840  * The following bridge-related functions are used by other
841  * kernel modules.
842  *
843  * VALE only supports unicast or broadcast. The lookup
844  * function can return 0 .. NM_BDG_MAXPORTS-1 for regular ports,
845  * NM_BDG_MAXPORTS for broadcast, NM_BDG_MAXPORTS+1 for unknown.
846  * XXX in practice "unknown" might be handled same as broadcast.
847  */
848 typedef u_int (*bdg_lookup_fn_t)(char *buf, u_int len,
849                 uint8_t *ring_nr, struct netmap_vp_adapter *);
850 u_int netmap_bdg_learning(char *, u_int, uint8_t *,
851                 struct netmap_vp_adapter *);
852
853 #define NM_BDG_MAXPORTS         254     /* up to 254 */
854 #define NM_BDG_BROADCAST        NM_BDG_MAXPORTS
855 #define NM_BDG_NOPORT           (NM_BDG_MAXPORTS+1)
856
857 #define NM_NAME                 "vale"  /* prefix for bridge port name */
858
859
860 /* these are redefined in case of no VALE support */
861 int netmap_get_bdg_na(struct nmreq *nmr, struct netmap_adapter **na, int create);
862 void netmap_init_bridges(void);
863 int netmap_bdg_ctl(struct nmreq *nmr, bdg_lookup_fn_t func);
864
865 #else /* !WITH_VALE */
866 #define netmap_get_bdg_na(_1, _2, _3)   0
867 #define netmap_init_bridges(_1)
868 #define netmap_bdg_ctl(_1, _2)  EINVAL
869 #endif /* !WITH_VALE */
870
871 /* Various prototypes */
872 int netmap_poll(struct cdev *dev, int events, struct thread *td);
873 int netmap_init(void);
874 void netmap_fini(void);
875 int netmap_get_memory(struct netmap_priv_d* p);
876 void netmap_dtor(void *data);
877 int netmap_dtor_locked(struct netmap_priv_d *priv);
878
879 int netmap_ioctl(struct cdev *dev, u_long cmd, caddr_t data, int fflag, struct thread *td);
880
881 /* netmap_adapter creation/destruction */
882 #define NM_IFPNAME(ifp) ((ifp) ? (ifp)->if_xname : "zombie")
883
884 // #define NM_DEBUG_PUTGET 1
885
886 #ifdef NM_DEBUG_PUTGET
887
888 #define NM_DBG(f) __##f
889
890 void __netmap_adapter_get(struct netmap_adapter *na);
891
892 #define netmap_adapter_get(na)                          \
893         do {                                            \
894                 struct netmap_adapter *__na = na;       \
895                 D("getting %p:%s (%d)", __na, NM_IFPNAME(__na->ifp), __na->na_refcount);        \
896                 __netmap_adapter_get(__na);             \
897         } while (0)
898
899 int __netmap_adapter_put(struct netmap_adapter *na);
900
901 #define netmap_adapter_put(na)                          \
902         do {                                            \
903                 struct netmap_adapter *__na = na;       \
904                 D("putting %p:%s (%d)", __na, NM_IFPNAME(__na->ifp), __na->na_refcount);        \
905                 __netmap_adapter_put(__na);             \
906         } while (0)
907
908 #else /* !NM_DEBUG_PUTGET */
909
910 #define NM_DBG(f) f
911 void netmap_adapter_get(struct netmap_adapter *na);
912 int netmap_adapter_put(struct netmap_adapter *na);
913
914 #endif /* !NM_DEBUG_PUTGET */
915
916
917 /*
918  * module variables
919  */
920 extern u_int netmap_buf_size;
921 #define NETMAP_BUF_SIZE netmap_buf_size // XXX remove
922 extern int netmap_mitigate;     // XXX not really used
923 extern int netmap_no_pendintr;
924 extern u_int netmap_total_buffers;      // global allocator
925 extern char *netmap_buffer_base;        // global allocator
926 extern int netmap_verbose;      // XXX debugging
927 enum {                                  /* verbose flags */
928         NM_VERB_ON = 1,                 /* generic verbose */
929         NM_VERB_HOST = 0x2,             /* verbose host stack */
930         NM_VERB_RXSYNC = 0x10,          /* verbose on rxsync/txsync */
931         NM_VERB_TXSYNC = 0x20,
932         NM_VERB_RXINTR = 0x100,         /* verbose on rx/tx intr (driver) */
933         NM_VERB_TXINTR = 0x200,
934         NM_VERB_NIC_RXSYNC = 0x1000,    /* verbose on rx/tx intr (driver) */
935         NM_VERB_NIC_TXSYNC = 0x2000,
936 };
937
938 extern int netmap_txsync_retry;
939 extern int netmap_generic_mit;
940 extern int netmap_generic_ringsize;
941
942 /*
943  * NA returns a pointer to the struct netmap adapter from the ifp,
944  * WNA is used to write it.
945  */
946 #ifndef WNA
947 #define WNA(_ifp)       (_ifp)->if_pspare[0]
948 #endif
949 #define NA(_ifp)        ((struct netmap_adapter *)WNA(_ifp))
950
951 /*
952  * Macros to determine if an interface is netmap capable or netmap enabled.
953  * See the magic field in struct netmap_adapter.
954  */
955 #ifdef __FreeBSD__
956 /*
957  * on FreeBSD just use if_capabilities and if_capenable.
958  */
959 #define NETMAP_CAPABLE(ifp)     (NA(ifp) &&             \
960         (ifp)->if_capabilities & IFCAP_NETMAP )
961
962 #define NETMAP_SET_CAPABLE(ifp)                         \
963         (ifp)->if_capabilities |= IFCAP_NETMAP
964
965 #else   /* linux */
966
967 /*
968  * on linux:
969  * we check if NA(ifp) is set and its first element has a related
970  * magic value. The capenable is within the struct netmap_adapter.
971  */
972 #define NETMAP_MAGIC    0x52697a7a
973
974 #define NETMAP_CAPABLE(ifp)     (NA(ifp) &&             \
975         ((uint32_t)(uintptr_t)NA(ifp) ^ NA(ifp)->magic) == NETMAP_MAGIC )
976
977 #define NETMAP_SET_CAPABLE(ifp)                         \
978         NA(ifp)->magic = ((uint32_t)(uintptr_t)NA(ifp)) ^ NETMAP_MAGIC
979
980 #endif  /* linux */
981
982 #ifdef __FreeBSD__
983
984 /* Callback invoked by the dma machinery after a successful dmamap_load */
985 static void netmap_dmamap_cb(__unused void *arg,
986     __unused bus_dma_segment_t * segs, __unused int nseg, __unused int error)
987 {
988 }
989
990 /* bus_dmamap_load wrapper: call aforementioned function if map != NULL.
991  * XXX can we do it without a callback ?
992  */
993 static inline void
994 netmap_load_map(bus_dma_tag_t tag, bus_dmamap_t map, void *buf)
995 {
996         if (map)
997                 bus_dmamap_load(tag, map, buf, NETMAP_BUF_SIZE,
998                     netmap_dmamap_cb, NULL, BUS_DMA_NOWAIT);
999 }
1000
1001 /* update the map when a buffer changes. */
1002 static inline void
1003 netmap_reload_map(bus_dma_tag_t tag, bus_dmamap_t map, void *buf)
1004 {
1005         if (map) {
1006                 bus_dmamap_unload(tag, map);
1007                 bus_dmamap_load(tag, map, buf, NETMAP_BUF_SIZE,
1008                     netmap_dmamap_cb, NULL, BUS_DMA_NOWAIT);
1009         }
1010 }
1011
1012 #else /* linux */
1013
1014 /*
1015  * XXX How do we redefine these functions:
1016  *
1017  * on linux we need
1018  *      dma_map_single(&pdev->dev, virt_addr, len, direction)
1019  *      dma_unmap_single(&adapter->pdev->dev, phys_addr, len, direction
1020  * The len can be implicit (on netmap it is NETMAP_BUF_SIZE)
1021  * unfortunately the direction is not, so we need to change
1022  * something to have a cross API
1023  */
1024 #define netmap_load_map(_t, _m, _b)
1025 #define netmap_reload_map(_t, _m, _b)
1026 #if 0
1027         struct e1000_buffer *buffer_info =  &tx_ring->buffer_info[l];
1028         /* set time_stamp *before* dma to help avoid a possible race */
1029         buffer_info->time_stamp = jiffies;
1030         buffer_info->mapped_as_page = false;
1031         buffer_info->length = len;
1032         //buffer_info->next_to_watch = l;
1033         /* reload dma map */
1034         dma_unmap_single(&adapter->pdev->dev, buffer_info->dma,
1035                         NETMAP_BUF_SIZE, DMA_TO_DEVICE);
1036         buffer_info->dma = dma_map_single(&adapter->pdev->dev,
1037                         addr, NETMAP_BUF_SIZE, DMA_TO_DEVICE);
1038
1039         if (dma_mapping_error(&adapter->pdev->dev, buffer_info->dma)) {
1040                 D("dma mapping error");
1041                 /* goto dma_error; See e1000_put_txbuf() */
1042                 /* XXX reset */
1043         }
1044         tx_desc->buffer_addr = htole64(buffer_info->dma); //XXX
1045
1046 #endif
1047
1048 /*
1049  * The bus_dmamap_sync() can be one of wmb() or rmb() depending on direction.
1050  */
1051 #define bus_dmamap_sync(_a, _b, _c)
1052
1053 #endif /* linux */
1054
1055
1056 /*
1057  * functions to map NIC to KRING indexes (n2k) and vice versa (k2n)
1058  */
1059 static inline int
1060 netmap_idx_n2k(struct netmap_kring *kr, int idx)
1061 {
1062         int n = kr->nkr_num_slots;
1063         idx += kr->nkr_hwofs;
1064         if (idx < 0)
1065                 return idx + n;
1066         else if (idx < n)
1067                 return idx;
1068         else
1069                 return idx - n;
1070 }
1071
1072
1073 static inline int
1074 netmap_idx_k2n(struct netmap_kring *kr, int idx)
1075 {
1076         int n = kr->nkr_num_slots;
1077         idx -= kr->nkr_hwofs;
1078         if (idx < 0)
1079                 return idx + n;
1080         else if (idx < n)
1081                 return idx;
1082         else
1083                 return idx - n;
1084 }
1085
1086
1087 /* Entries of the look-up table. */
1088 struct lut_entry {
1089         void *vaddr;            /* virtual address. */
1090         vm_paddr_t paddr;       /* physical address. */
1091 };
1092
1093 struct netmap_obj_pool;
1094 extern struct lut_entry *netmap_buffer_lut;
1095 #define NMB_VA(i)       (netmap_buffer_lut[i].vaddr)
1096 #define NMB_PA(i)       (netmap_buffer_lut[i].paddr)
1097
1098 /*
1099  * NMB return the virtual address of a buffer (buffer 0 on bad index)
1100  * PNMB also fills the physical address
1101  */
1102 static inline void *
1103 NMB(struct netmap_slot *slot)
1104 {
1105         uint32_t i = slot->buf_idx;
1106         return (unlikely(i >= netmap_total_buffers)) ?  NMB_VA(0) : NMB_VA(i);
1107 }
1108
1109 static inline void *
1110 PNMB(struct netmap_slot *slot, uint64_t *pp)
1111 {
1112         uint32_t i = slot->buf_idx;
1113         void *ret = (i >= netmap_total_buffers) ? NMB_VA(0) : NMB_VA(i);
1114
1115         *pp = (i >= netmap_total_buffers) ? NMB_PA(0) : NMB_PA(i);
1116         return ret;
1117 }
1118
1119 /* Generic version of NMB, which uses device-specific memory. */
1120 static inline void *
1121 BDG_NMB(struct netmap_adapter *na, struct netmap_slot *slot)
1122 {
1123         struct lut_entry *lut = na->na_lut;
1124         uint32_t i = slot->buf_idx;
1125         return (unlikely(i >= na->na_lut_objtotal)) ?
1126                 lut[0].vaddr : lut[i].vaddr;
1127 }
1128
1129
1130
1131 void netmap_txsync_to_host(struct netmap_adapter *na);
1132
1133
1134 /*
1135  * Structure associated to each thread which registered an interface.
1136  *
1137  * The first 4 fields of this structure are written by NIOCREGIF and
1138  * read by poll() and NIOC?XSYNC.
1139  *
1140  * There is low contention among writers (a correct user program
1141  * should have none) and among writers and readers, so we use a
1142  * single global lock to protect the structure initialization;
1143  * since initialization involves the allocation of memory,
1144  * we reuse the memory allocator lock.
1145  *
1146  * Read access to the structure is lock free. Readers must check that
1147  * np_nifp is not NULL before using the other fields.
1148  * If np_nifp is NULL initialization has not been performed,
1149  * so they should return an error to userspace.
1150  *
1151  * The ref_done field is used to regulate access to the refcount in the
1152  * memory allocator. The refcount must be incremented at most once for
1153  * each open("/dev/netmap"). The increment is performed by the first
1154  * function that calls netmap_get_memory() (currently called by
1155  * mmap(), NIOCGINFO and NIOCREGIF).
1156  * If the refcount is incremented, it is then decremented when the
1157  * private structure is destroyed.
1158  */
1159 struct netmap_priv_d {
1160         struct netmap_if * volatile np_nifp;    /* netmap if descriptor. */
1161
1162         struct netmap_adapter   *np_na;
1163         int             np_ringid;      /* from the ioctl */
1164         u_int           np_qfirst, np_qlast;    /* range of rings to scan */
1165         uint16_t        np_txpoll;
1166
1167         struct netmap_mem_d     *np_mref;       /* use with NMG_LOCK held */
1168         /* np_refcount is only used on FreeBSD */
1169         int             np_refcount;    /* use with NMG_LOCK held */
1170 };
1171
1172
1173 /*
1174  * generic netmap emulation for devices that do not have
1175  * native netmap support.
1176  */
1177 int generic_netmap_attach(struct ifnet *ifp);
1178
1179 int netmap_catch_rx(struct netmap_adapter *na, int intercept);
1180 void generic_rx_handler(struct ifnet *ifp, struct mbuf *m);;
1181 void netmap_catch_tx(struct netmap_generic_adapter *na, int enable);
1182 int generic_xmit_frame(struct ifnet *ifp, struct mbuf *m, void *addr, u_int len, u_int ring_nr);
1183 int generic_find_num_desc(struct ifnet *ifp, u_int *tx, u_int *rx);
1184 void generic_find_num_queues(struct ifnet *ifp, u_int *txq, u_int *rxq);
1185
1186 /*
1187  * netmap_mitigation API. This is used by the generic adapter
1188  * to reduce the number of interrupt requests/selwakeup
1189  * to clients on incoming packets.
1190  */
1191 void netmap_mitigation_init(struct netmap_generic_adapter *na);
1192 void netmap_mitigation_start(struct netmap_generic_adapter *na);
1193 void netmap_mitigation_restart(struct netmap_generic_adapter *na);
1194 int netmap_mitigation_active(struct netmap_generic_adapter *na);
1195 void netmap_mitigation_cleanup(struct netmap_generic_adapter *na);
1196
1197 #endif /* _NET_NETMAP_KERN_H_ */