palacios/src/devices/lnx_virtio_nic.c

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2010, Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2010, Cui Zheng <cuizheng@cs.unm.edu>
  12  * Copyright (c) 2010, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  13  * All rights reserved.
  14  *
  15  * Author: Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  16  *         Cui Zheng <cuizheng@cs.unm.edu>
  17  *
  18  *
  19  * This is free software.  You are permitted to use,
  20  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  21  */
  22
  23 #include <palacios/vmm.h>
  24 #include <palacios/vmm_dev_mgr.h>
  25 #include <devices/lnx_virtio_pci.h>
  26 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  27 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  28 #include <palacios/vmm_vnet.h>
  29 #include <palacios/vmm_lock.h>
  30 #include <palacios/vmm_util.h>
  31 #include <devices/pci.h>
  32 #include <palacios/vmm_ethernet.h>
  33 #include <palacios/vmm_time.h>
  34
  35
  36 #ifndef CONFIG_DEBUG_VIRTIO_NET
  37 #undef PrintDebug
  38 #define PrintDebug(fmt, args...)
  39 #endif
  40
  41 #define TX_QUEUE_SIZE 4096
  42 #define RX_QUEUE_SIZE 4096
  43 #define CTRL_QUEUE_SIZE 64
  44
  45 /* The feature bitmap for virtio nic
  46   * from Linux */
  47 #define VIRTIO_NET_F_CSUM       0       /* Host handles pkts w/ partial csum */
  48 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM 1       /* Guest handles pkts w/ partial csum */
  49 #define VIRTIO_NET_F_MAC        5       /* Host has given MAC address. */
  50 #define VIRTIO_NET_F_GSO        6       /* Host handles pkts w/ any GSO type */
  51 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4 7       /* Guest can handle TSOv4 in. */
  52 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6 8       /* Guest can handle TSOv6 in. */
  53 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN  9       /* Guest can handle TSO[6] w/ ECN in. */
  54 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO  10      /* Guest can handle UFO in. */
  55 #define VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4  11      /* Host can handle TSOv4 in. */
  56 #define VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6  12      /* Host can handle TSOv6 in. */
  57 #define VIRTIO_NET_F_HOST_ECN   13      /* Host can handle TSO[6] w/ ECN in. */
  58 #define VIRTIO_NET_F_HOST_UFO   14      /* Host can handle UFO in. */
  59 #define VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF  15      /* Host can merge receive buffers. */
  60 #define VIRTIO_NET_F_STATUS     16      /* virtio_net_config.status available */
  61
  62 /* Port to get virtio config */
  63 #define VIRTIO_NET_CONFIG 20
  64
  65 #define VIRTIO_NET_MAX_BUFSIZE (sizeof(struct virtio_net_hdr) + (64 << 10))
  66
  67 /* for gso_type in virtio_net_hdr */
  68 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE         0
  69 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV4        1     /* GSO frame, IPv4 TCP (TSO) */
  70 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_UDP          3       /* GSO frame, IPv4 UDP (UFO) */
  71 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV6        4       /* GSO frame, IPv6 TCP */
  72 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_ECN          0x80    /* TCP has ECN set */
  73
  74
  75 /* for flags in virtio_net_hdr */
  76 #define VIRTIO_NET_HDR_F_NEEDS_CSUM     1       /* Use csum_start, csum_offset */
  77
  78
  79 /* First element of the scatter-gather list, used with GSO or CSUM features */
  80 struct virtio_net_hdr
  81 {
  82     uint8_t flags;
  83     uint8_t gso_type;
  84     uint16_t hdr_len;           /* Ethernet + IP + tcp/udp hdrs */
  85     uint16_t gso_size;          /* Bytes to append to hdr_len per frame */
  86     uint16_t csum_start;        /* Position to start checksumming from */
  87     uint16_t csum_offset;       /* Offset after that to place checksum */
  88 }__attribute__((packed));
  89
  90
  91 /* The header to use when the MRG_RXBUF
  92  * feature has been negotiated. */
  93 struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf {
  94     struct virtio_net_hdr hdr;
  95     uint16_t num_buffers;       /* Number of merged rx buffers */
  96 };
  97
  98 struct virtio_net_config
  99 {
 100     uint8_t mac[ETH_ALEN];      /* VIRTIO_NET_F_MAC */
 101     uint16_t status;
 102 } __attribute__((packed));
 103
 104 struct virtio_dev_state {
 105     struct vm_device * pci_bus;
 106     struct list_head dev_list;
 107     struct v3_vm_info *vm;
 108
 109     uint8_t mac[ETH_ALEN];
 110 };
 111
 112 struct virtio_net_state {
 113     struct virtio_net_config net_cfg;
 114     struct virtio_config virtio_cfg;
 115
 116     struct v3_vm_info * vm;
 117     struct vm_device * dev;
 118     struct pci_device * pci_dev;
 119     int io_range_size;
 120
 121     struct virtio_queue rx_vq;          /* idx 0*/
 122     struct virtio_queue tx_vq;          /* idx 1*/
 123     struct virtio_queue ctrl_vq;        /* idx 2*/
 124
 125     struct v3_timer * timer;
 126     void * poll_thread;
 127
 128     struct nic_statistics stats;
 129
 130     struct v3_dev_net_ops * net_ops;
 131     v3_lock_t rx_lock, tx_lock;
 132
 133     uint8_t tx_notify, rx_notify;
 134     uint32_t tx_pkts, rx_pkts;
 135     uint64_t past_us;
 136
 137     void * backend_data;
 138     struct virtio_dev_state * virtio_dev;
 139     struct list_head dev_link;
 140 };
 141
 142
 143 static int virtio_init_state(struct virtio_net_state * virtio)
 144 {
 145     virtio->rx_vq.queue_size = RX_QUEUE_SIZE;
 146     virtio->tx_vq.queue_size = TX_QUEUE_SIZE;
 147     virtio->ctrl_vq.queue_size = CTRL_QUEUE_SIZE;
 148
 149     virtio->rx_vq.ring_desc_addr = 0;
 150     virtio->rx_vq.ring_avail_addr = 0;
 151     virtio->rx_vq.ring_used_addr = 0;
 152     virtio->rx_vq.pfn = 0;
 153     virtio->rx_vq.cur_avail_idx = 0;
 154
 155     virtio->tx_vq.ring_desc_addr = 0;
 156     virtio->tx_vq.ring_avail_addr = 0;
 157     virtio->tx_vq.ring_used_addr = 0;
 158     virtio->tx_vq.pfn = 0;
 159     virtio->tx_vq.cur_avail_idx = 0;
 160
 161     virtio->ctrl_vq.ring_desc_addr = 0;
 162     virtio->ctrl_vq.ring_avail_addr = 0;
 163     virtio->ctrl_vq.ring_used_addr = 0;
 164     virtio->ctrl_vq.pfn = 0;
 165     virtio->ctrl_vq.cur_avail_idx = 0;
 166
 167     virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
 168
 169     virtio->virtio_cfg.host_features = 0 | (1 << VIRTIO_NET_F_MAC);
 170         //                                 (1 << VIRTIO_NET_F_GSO) |
 171         //                                 (1 << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO) |
 172                 //                         (1 << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
 173
 174     if ((v3_lock_init(&(virtio->rx_lock)) == -1) ||
 175         (v3_lock_init(&(virtio->tx_lock)) == -1)){
 176         PrintError("Virtio NIC: Failure to init locks for net_state\n");
 177     }
 178
 179     return 0;
 180 }
 181
 182 static int tx_one_pkt(struct guest_info * core,
 183                       struct virtio_net_state * virtio,
 184                       struct vring_desc * buf_desc)
 185 {
 186     uint8_t * buf = NULL;
 187     uint32_t len = buf_desc->length;
 188     int synchronize = 1; // (virtio->tx_notify == 1)?1:0;
 189
 190     if (v3_gpa_to_hva(core, buf_desc->addr_gpa, (addr_t *)&(buf)) == -1) {
 191         PrintDebug("Could not translate buffer address\n");
 192         return -1;
 193     }
 194
 195     V3_Net_Print(2, "Virtio-NIC: virtio_tx: size: %d\n", len);
 196     if(v3_net_debug >= 4){
 197         v3_hexdump(buf, len, NULL, 0);
 198     }
 199
 200     if(virtio->net_ops->send(buf, len, synchronize, virtio->backend_data) < 0){
 201         virtio->stats.tx_dropped ++;
 202         return -1;
 203     }
 204
 205     virtio->stats.tx_pkts ++;
 206     virtio->stats.tx_bytes += len;
 207
 208     return 0;
 209 }
 210
 211
 212 static inline int copy_data_to_desc(struct guest_info * core,
 213                   struct virtio_net_state * virtio_state,
 214                   struct vring_desc * desc,
 215                   uchar_t * buf,
 216                   uint_t buf_len,
 217                   uint_t offset)
 218 {
 219     uint32_t len;
 220     uint8_t * desc_buf = NULL;
 221
 222     if (v3_gpa_to_hva(core, desc->addr_gpa, (addr_t *)&(desc_buf)) == -1) {
 223         PrintDebug("Could not translate buffer address\n");
 224         return -1;
 225     }
 226     len = (desc->length < buf_len)?(desc->length - offset):buf_len;
 227     memcpy(desc_buf+offset, buf, len);
 228
 229     return len;
 230 }
 231
 232
 233 static inline int get_desc_count(struct virtio_queue * q, int index) {
 234     struct vring_desc * tmp_desc = &(q->desc[index]);
 235     int cnt = 1;
 236
 237     while (tmp_desc->flags & VIRTIO_NEXT_FLAG) {
 238         tmp_desc = &(q->desc[tmp_desc->next]);
 239         cnt++;
 240     }
 241
 242     return cnt;
 243 }
 244
 245 static inline void enable_cb(struct virtio_queue *queue){
 246     queue->used->flags &= ~ VRING_NO_NOTIFY_FLAG;
 247 }
 248
 249 static inline void disable_cb(struct virtio_queue *queue) {
 250     queue->used->flags |= VRING_NO_NOTIFY_FLAG;
 251 }
 252
 253 static int handle_pkt_tx(struct guest_info * core,
 254                          struct virtio_net_state * virtio_state)
 255 {
 256     struct virtio_queue *q = &(virtio_state->tx_vq);
 257     int txed = 0;
 258     unsigned long flags;
 259
 260     if (!q->ring_avail_addr) {
 261         return -1;
 262     }
 263
 264     flags = v3_lock_irqsave(virtio_state->tx_lock);
 265     while (q->cur_avail_idx != q->avail->index) {
 266         struct virtio_net_hdr *hdr = NULL;
 267         struct vring_desc * hdr_desc = NULL;
 268         addr_t hdr_addr = 0;
 269         uint16_t desc_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 270         int desc_cnt = get_desc_count(q, desc_idx);
 271
 272         if(desc_cnt > 2){
 273             PrintError("VNIC: merged rx buffer not supported, desc_cnt %d\n", desc_cnt);
 274             goto exit_error;
 275         }
 276
 277         hdr_desc = &(q->desc[desc_idx]);
 278         if (v3_gpa_to_hva(core, hdr_desc->addr_gpa, &(hdr_addr)) == -1) {
 279             PrintError("Could not translate block header address\n");
 280             goto exit_error;
 281         }
 282
 283         hdr = (struct virtio_net_hdr *)hdr_addr;
 284         desc_idx = hdr_desc->next;
 285
 286         /* here we assumed that one ethernet pkt is not splitted into multiple buffer */
 287         struct vring_desc * buf_desc = &(q->desc[desc_idx]);
 288         if (tx_one_pkt(core, virtio_state, buf_desc) == -1) {
 289             PrintError("Virtio NIC: Error handling nic operation\n");
 290             goto exit_error;
 291         }
 292
 293         q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 294         q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].length = buf_desc->length; /* What do we set this to???? */
 295         q->used->index ++;
 296
 297         q->cur_avail_idx ++;
 298
 299         txed ++;
 300     }
 301
 302     v3_unlock_irqrestore(virtio_state->tx_lock, flags);
 303
 304     if (virtio_state->virtio_cfg.pci_isr == 0 &&
 305           txed && !(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG)) {
 306         v3_pci_raise_irq(virtio_state->virtio_dev->pci_bus, 0, virtio_state->pci_dev);
 307         virtio_state->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 308
 309         virtio_state->stats.rx_interrupts ++;
 310     }
 311
 312     if(txed > 0) {
 313         V3_Net_Print(2, "Virtio Handle TX: txed pkts: %d\n", txed);
 314     }
 315
 316     return 0;
 317
 318 exit_error:
 319
 320     v3_unlock_irqrestore(virtio_state->tx_lock, flags);
 321     return -1;
 322 }
 323
 324
 325 static int virtio_setup_queue(struct guest_info *core,
 326                               struct virtio_net_state * virtio_state,
 327                               struct virtio_queue * queue,
 328                               addr_t pfn, addr_t page_addr) {
 329     queue->pfn = pfn;
 330
 331     queue->ring_desc_addr = page_addr;
 332     queue->ring_avail_addr = page_addr + (queue->queue_size * sizeof(struct vring_desc));
 333     queue->ring_used_addr = ((queue->ring_avail_addr) +
 334                              (sizeof(struct vring_avail)) +
 335                              (queue->queue_size * sizeof(uint16_t)));
 336
 337     // round up to next page boundary.
 338     queue->ring_used_addr = (queue->ring_used_addr + 0xfff) & ~0xfff;
 339     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_desc_addr, (addr_t *)&(queue->desc)) == -1) {
 340         PrintError("Could not translate ring descriptor address\n");
 341          return -1;
 342     }
 343
 344     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_avail_addr, (addr_t *)&(queue->avail)) == -1) {
 345         PrintError("Could not translate ring available address\n");
 346         return -1;
 347     }
 348
 349     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_used_addr, (addr_t *)&(queue->used)) == -1) {
 350         PrintError("Could not translate ring used address\n");
 351         return -1;
 352     }
 353
 354     PrintDebug("RingDesc_addr=%p, Avail_addr=%p, Used_addr=%p\n",
 355                (void *)(queue->ring_desc_addr),
 356                (void *)(queue->ring_avail_addr),
 357                (void *)(queue->ring_used_addr));
 358
 359     PrintDebug("RingDesc=%p, Avail=%p, Used=%p\n",
 360                queue->desc, queue->avail, queue->used);
 361
 362     return 0;
 363 }
 364
 365 static int virtio_io_write(struct guest_info *core,
 366                            uint16_t port, void * src,
 367                            uint_t length, void * private_data)
 368 {
 369     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 370     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 371
 372     PrintDebug("VIRTIO NIC %p Write for port %d (index=%d) len=%d, value=%x\n", private_data,
 373                port, port_idx,  length, *(uint32_t *)src);
 374
 375     switch (port_idx) {
 376         case GUEST_FEATURES_PORT:
 377             if (length != 4) {
 378                 PrintError("Illegal write length for guest features\n");
 379                 return -1;
 380             }
 381             virtio->virtio_cfg.guest_features = *(uint32_t *)src;
 382             break;
 383
 384         case VRING_PG_NUM_PORT:
 385             if (length != 4) {
 386                 PrintError("Illegal write length for page frame number\n");
 387                 return -1;
 388             }
 389             addr_t pfn = *(uint32_t *)src;
 390             addr_t page_addr = (pfn << VIRTIO_PAGE_SHIFT);
 391             uint16_t queue_idx = virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector;
 392             switch (queue_idx) {
 393                 case 0:
 394                     virtio_setup_queue(core, virtio, &virtio->rx_vq, pfn, page_addr);
 395                     break;
 396                 case 1:
 397                     virtio_setup_queue(core, virtio, &virtio->tx_vq, pfn, page_addr);
 398                     if(virtio->tx_notify == 0){
 399                         disable_cb(&virtio->tx_vq);
 400                         V3_THREAD_WAKEUP(virtio->poll_thread);
 401                     }
 402                     break;
 403                 case 2:
 404                     virtio_setup_queue(core, virtio, &virtio->ctrl_vq, pfn, page_addr);
 405                     break;
 406                 default:
 407                     break;
 408             }
 409             break;
 410
 411         case VRING_Q_SEL_PORT:
 412             virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector = *(uint16_t *)src;
 413             if (virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector > 2) {
 414                 PrintError("Virtio NIC: wrong queue idx: %d\n",
 415                            virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector);
 416                 return -1;
 417             }
 418             break;
 419
 420         case VRING_Q_NOTIFY_PORT:
 421             {
 422                 uint16_t queue_idx = *(uint16_t *)src;
 423                 if (queue_idx == 0){
 424                     /* receive queue refill */
 425                     virtio->stats.tx_interrupts ++;
 426                 } else if (queue_idx == 1){
 427                     if (handle_pkt_tx(core, virtio) == -1) {
 428                         PrintError("Could not handle Virtio NIC tx kick\n");
 429                         return -1;
 430                     }
 431                     virtio->stats.tx_interrupts ++;
 432                 } else if (queue_idx == 2){
 433                     /* ctrl */
 434                 } else {
 435                     PrintError("Wrong queue index %d\n", queue_idx);
 436                 }
 437                 break;
 438             }
 439
 440         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 441             virtio->virtio_cfg.status = *(uint8_t *)src;
 442             if (virtio->virtio_cfg.status == 0) {
 443                 virtio_init_state(virtio);
 444             }
 445             break;
 446
 447         case VIRTIO_ISR_PORT:
 448             virtio->virtio_cfg.pci_isr = *(uint8_t *)src;
 449             break;
 450
 451         default:
 452             return -1;
 453             break;
 454     }
 455
 456     return length;
 457 }
 458
 459 static int virtio_io_read(struct guest_info *core,
 460                           uint16_t port, void * dst,
 461                           uint_t length, void * private_data)
 462 {
 463     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 464     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 465     uint16_t queue_idx = virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector;
 466
 467     PrintDebug("Virtio NIC %p: Read  for port 0x%x (index =%d), length=%d\n", private_data,
 468                port, port_idx, length);
 469
 470     switch (port_idx) {
 471         case HOST_FEATURES_PORT:
 472             if (length != 4) {
 473                 PrintError("Illegal read length for host features\n");
 474                 //return -1;
 475             }
 476             *(uint32_t *)dst = virtio->virtio_cfg.host_features;
 477             break;
 478
 479         case VRING_PG_NUM_PORT:
 480             if (length != 4) {
 481                 PrintError("Illegal read length for page frame number\n");
 482                 return -1;
 483             }
 484             switch (queue_idx) {
 485                 case 0:
 486                     *(uint32_t *)dst = virtio->rx_vq.pfn;
 487                     break;
 488                 case 1:
 489                     *(uint32_t *)dst = virtio->tx_vq.pfn;
 490                     break;
 491                 case 2:
 492                     *(uint32_t *)dst = virtio->ctrl_vq.pfn;
 493                     break;
 494                 default:
 495                     break;
 496             }
 497             break;
 498
 499         case VRING_SIZE_PORT:
 500             if (length != 2) {
 501                 PrintError("Illegal read length for vring size\n");
 502                 return -1;
 503             }
 504             switch (queue_idx) {
 505                 case 0:
 506                     *(uint16_t *)dst = virtio->rx_vq.queue_size;
 507                     break;
 508                 case 1:
 509                     *(uint16_t *)dst = virtio->tx_vq.queue_size;
 510                     break;
 511                 case 2:
 512                     *(uint16_t *)dst = virtio->ctrl_vq.queue_size;
 513                     break;
 514                 default:
 515                     break;
 516             }
 517             break;
 518
 519         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 520             if (length != 1) {
 521                 PrintError("Illegal read length for status\n");
 522                 return -1;
 523             }
 524             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.status;
 525             break;
 526
 527         case VIRTIO_ISR_PORT:
 528             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.pci_isr;
 529             virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
 530             v3_pci_lower_irq(virtio->virtio_dev->pci_bus, 0, virtio->pci_dev);
 531             break;
 532
 533         case VIRTIO_NET_CONFIG ... VIRTIO_NET_CONFIG + ETH_ALEN:
 534             *(uint8_t *)dst = virtio->net_cfg.mac[port_idx-VIRTIO_NET_CONFIG];
 535             break;
 536
 537         default:
 538             PrintError("Virtio NIC: Read of Unhandled Virtio Read:%d\n", port_idx);
 539             return -1;
 540     }
 541
 542     return length;
 543 }
 544
 545
 546 /* receiving raw ethernet pkt from backend */
 547 static int virtio_rx(uint8_t * buf, uint32_t size, void * private_data) {
 548     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 549     struct virtio_queue * q = &(virtio->rx_vq);
 550     struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf hdr;
 551     uint32_t hdr_len = sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf);
 552     uint32_t data_len;
 553     //uint32_t offset = 0;
 554     unsigned long flags;
 555
 556     V3_Net_Print(2, "Virtio-NIC: virtio_rx: size: %d\n", size);
 557     if(v3_net_debug >= 4){
 558         v3_hexdump(buf, size, NULL, 0);
 559     }
 560
 561     flags = v3_lock_irqsave(virtio->rx_lock);
 562
 563     data_len = size;
 564     memset(&hdr, 0, sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf));
 565
 566     if (q->ring_avail_addr == 0) {
 567         V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: RX Queue not set\n");
 568         virtio->stats.rx_dropped ++;
 569         goto err_exit;
 570     }
 571
 572     if (q->cur_avail_idx != q->avail->index){
 573         addr_t hdr_addr = 0;
 574         uint16_t buf_idx = 0;
 575         uint16_t hdr_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 576         struct vring_desc * hdr_desc = NULL;
 577         struct vring_desc * buf_desc = NULL;
 578         uint32_t len;
 579
 580         hdr_desc = &(q->desc[hdr_idx]);
 581         if (v3_gpa_to_hva(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]), hdr_desc->addr_gpa, &(hdr_addr)) == -1) {
 582             V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: Could not translate receive buffer address\n");
 583             virtio->stats.rx_dropped ++;
 584             goto err_exit;
 585         }
 586
 587 #if 0 /* merged buffer */
 588         for(buf_idx = hdr_desc->next; offset < data_len; buf_idx = q->desc[hdr_idx].next) {
 589             uint32_t len = 0;
 590             buf_desc = &(q->desc[buf_idx]);
 591
 592             len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]), virtio, buf_desc, buf + offset, data_len - offset, 0);
 593             offset += len;
 594             if (offset < data_len) {
 595                 buf_desc->flags = VIRTIO_NEXT_FLAG;
 596             }
 597             buf_desc->length = len;
 598             hdr.num_buffers ++;
 599         }
 600         buf_desc->flags &= ~VIRTIO_NEXT_FLAG;
 601         memcpy((void *)hdr_addr, &hdr, sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf));
 602 #endif
 603
 604         hdr.num_buffers = 1;
 605         memcpy((void *)hdr_addr, &hdr, sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf));
 606         if (data_len == 0) {
 607             hdr_desc->flags &= ~VIRTIO_NEXT_FLAG;
 608         }
 609
 610         buf_idx = hdr_desc->next;
 611         buf_desc = &(q->desc[buf_idx]);
 612         len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]), virtio, buf_desc, buf, data_len, 0);
 613         if (len < data_len) {
 614             V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: ring buffer len less than pkt size, merged buffer not supported\n");
 615             virtio->stats.rx_dropped ++;
 616
 617             goto err_exit;
 618         }
 619         buf_desc->flags &= ~VIRTIO_NEXT_FLAG;
 620
 621         q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 622         q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].length = data_len + hdr_len; /* This should be the total length of data sent to guest (header+pkt_data) */
 623         q->used->index++;
 624         q->cur_avail_idx++;
 625
 626         virtio->stats.rx_pkts ++;
 627         virtio->stats.rx_bytes += size;
 628     } else {
 629         V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: Guest RX queue is full\n");
 630         virtio->stats.rx_dropped ++;
 631
 632         /* kick guest to refill the queue */
 633         virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 634         v3_pci_raise_irq(virtio->virtio_dev->pci_bus, 0, virtio->pci_dev);
 635         v3_interrupt_cpu(virtio->virtio_dev->vm, virtio->virtio_dev->vm->cores[0].cpu_id, 0);
 636         virtio->stats.rx_interrupts ++;
 637
 638         goto err_exit;
 639     }
 640
 641     if (virtio->virtio_cfg.pci_isr == 0 &&
 642         !(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG)) {
 643         PrintDebug("Raising IRQ %d\n",  virtio->pci_dev->config_header.intr_line);
 644
 645         virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 646         v3_pci_raise_irq(virtio->virtio_dev->pci_bus, 0, virtio->pci_dev);
 647
 648         virtio->stats.rx_interrupts ++;
 649     }
 650
 651     v3_unlock_irqrestore(virtio->rx_lock, flags);
 652
 653     /* notify guest if it is in guest mode */
 654     /* ISSUE: What is gonna happen if guest thread is running on the same core as this thread? */
 655     if(virtio->rx_notify == 1){
 656         v3_interrupt_cpu(virtio->virtio_dev->vm, virtio->virtio_dev->vm->cores[0].cpu_id, 0);
 657     }
 658
 659     return 0;
 660
 661 err_exit:
 662
 663     v3_unlock_irqrestore(virtio->rx_lock, flags);
 664
 665     return -1;
 666 }
 667
 668 static int virtio_free(struct virtio_dev_state * virtio) {
 669     struct virtio_net_state * backend = NULL;
 670     struct virtio_net_state * tmp = NULL;
 671
 672
 673     list_for_each_entry_safe(backend, tmp, &(virtio->dev_list), dev_link) {
 674
 675         // unregister from PCI
 676
 677         list_del(&(backend->dev_link));
 678         V3_Free(backend);
 679     }
 680
 681     V3_Free(virtio);
 682     return 0;
 683 }
 684
 685
 686 static struct v3_device_ops dev_ops = {
 687     .free = (int (*)(void *))virtio_free,
 688 };
 689
 690
 691 static int virtio_tx_flush(void * args){
 692     struct virtio_net_state *virtio  = (struct virtio_net_state *)args;
 693
 694     V3_Print("Virtio TX Poll Thread Starting for %s\n", virtio->vm->name);
 695
 696     while(1){
 697         if(virtio->tx_notify == 0){
 698             handle_pkt_tx(&(virtio->vm->cores[0]), virtio);
 699             v3_yield(NULL);
 700         }else {
 701             V3_THREAD_SLEEP();
 702         }
 703     }
 704
 705     return 0;
 706 }
 707
 708 static int register_dev(struct virtio_dev_state * virtio,
 709                         struct virtio_net_state * net_state)
 710 {
 711     struct pci_device * pci_dev = NULL;
 712     struct v3_pci_bar bars[6];
 713     int num_ports = sizeof(struct virtio_config);
 714     int tmp_ports = num_ports;
 715     int i;
 716
 717     // This gets the number of ports, rounded up to a power of 2
 718     net_state->io_range_size = 1; // must be a power of 2
 719     while (tmp_ports > 0) {
 720         tmp_ports >>= 1;
 721         net_state->io_range_size <<= 1;
 722     }
 723
 724     /* this is to account for any low order bits being set in num_ports
 725       * if there are none, then num_ports was already a power of 2 so we shift right to reset it
 726       */
 727     if ((num_ports & ((net_state->io_range_size >> 1) - 1)) == 0) {
 728         net_state->io_range_size >>= 1;
 729     }
 730
 731     for (i = 0; i < 6; i++) {
 732         bars[i].type = PCI_BAR_NONE;
 733     }
 734
 735     PrintDebug("Virtio-NIC io_range_size = %d\n", net_state->io_range_size);
 736
 737     bars[0].type = PCI_BAR_IO;
 738     bars[0].default_base_port = -1;
 739     bars[0].num_ports = net_state->io_range_size;
 740     bars[0].io_read = virtio_io_read;
 741     bars[0].io_write = virtio_io_write;
 742     bars[0].private_data = net_state;
 743
 744     pci_dev = v3_pci_register_device(virtio->pci_bus, PCI_STD_DEVICE,
 745                                      0, 4/*PCI_AUTO_DEV_NUM*/, 0,
 746                                      "LNX_VIRTIO_NIC", bars,
 747                                      NULL, NULL, NULL, net_state);
 748
 749     if (!pci_dev) {
 750         PrintError("Virtio NIC: Could not register PCI Device\n");
 751         return -1;
 752     }
 753
 754     PrintDebug("Virtio NIC:  registered to PCI bus\n");
 755
 756     pci_dev->config_header.vendor_id = VIRTIO_VENDOR_ID;
 757     pci_dev->config_header.subsystem_vendor_id = VIRTIO_SUBVENDOR_ID;
 758
 759
 760     pci_dev->config_header.device_id = VIRTIO_NET_DEV_ID;
 761     pci_dev->config_header.class = PCI_CLASS_NETWORK;
 762     pci_dev->config_header.subclass = PCI_NET_SUBCLASS_OTHER;
 763     pci_dev->config_header.subsystem_id = VIRTIO_NET_SUBDEVICE_ID;
 764     pci_dev->config_header.intr_pin = 1;
 765     pci_dev->config_header.max_latency = 1; // ?? (qemu does it...)
 766
 767     net_state->pci_dev = pci_dev;
 768     net_state->virtio_dev = virtio;
 769
 770     memcpy(net_state->net_cfg.mac, virtio->mac, 6);
 771
 772     virtio_init_state(net_state);
 773
 774     /* Add backend to list of devices */
 775     list_add(&(net_state->dev_link), &(virtio->dev_list));
 776
 777     return 0;
 778 }
 779
 780 #define RATE_UPPER_THRESHOLD 10  /* 10000 pkts per second, around 100Mbits */
 781 #define RATE_LOWER_THRESHOLD 1
 782 #define PROFILE_PERIOD 10000 /*us*/
 783
 784 static void virtio_nic_timer(struct guest_info * core,
 785                              uint64_t cpu_cycles, uint64_t cpu_freq,
 786                              void * priv_data) {
 787     struct virtio_net_state * net_state = (struct virtio_net_state *)priv_data;
 788     uint64_t period_us;
 789     static int profile_ms = 0;
 790
 791     period_us = (1000*cpu_cycles)/cpu_freq;
 792     net_state->past_us += period_us;
 793
 794 #if 0
 795     if(net_state->past_us > PROFILE_PERIOD){
 796         uint32_t tx_rate, rx_rate;
 797
 798         tx_rate = (net_state->stats.tx_pkts - net_state->tx_pkts)/(net_state->past_us/1000); /* pkts/per ms */
 799         rx_rate = (net_state->stats.rx_pkts - net_state->rx_pkts)/(net_state->past_us/1000);
 800
 801         net_state->tx_pkts = net_state->stats.tx_pkts;
 802         net_state->rx_pkts = net_state->stats.rx_pkts;
 803
 804         if(tx_rate > RATE_UPPER_THRESHOLD && net_state->tx_notify == 1){
 805             V3_Print("Virtio NIC: Switch TX to VMM driven mode\n");
 806             disable_cb(&(net_state->tx_vq));
 807             net_state->tx_notify = 0;
 808             V3_THREAD_WAKEUP(net_state->poll_thread);
 809         }
 810
 811         if(tx_rate < RATE_LOWER_THRESHOLD && net_state->tx_notify == 0){
 812             V3_Print("Virtio NIC: Switch TX to Guest  driven mode\n");
 813             enable_cb(&(net_state->tx_vq));
 814             net_state->tx_notify = 1;
 815         }
 816
 817         if(rx_rate > RATE_UPPER_THRESHOLD && net_state->rx_notify == 1){
 818             V3_Print("Virtio NIC: Switch RX to VMM None notify mode\n");
 819             net_state->rx_notify = 0;
 820         }
 821
 822         if(rx_rate < RATE_LOWER_THRESHOLD && net_state->rx_notify == 0){
 823             V3_Print("Virtio NIC: Switch RX to VMM notify mode\n");
 824             net_state->rx_notify = 1;
 825         }
 826
 827         net_state->past_us = 0;
 828     }
 829 #endif
 830
 831     profile_ms += period_us/1000;
 832     if(profile_ms > 20000){
 833         V3_Net_Print(1, "Virtio NIC: TX: Pkt: %lld, Bytes: %lld\n\t\tRX Pkt: %lld. Bytes: %lld\n\t\tDropped: tx %lld, rx %lld\nInterrupts: tx %d, rx %d\nTotal Exit: %lld\n",
 834                 net_state->stats.tx_pkts, net_state->stats.tx_bytes,
 835                 net_state->stats.rx_pkts, net_state->stats.rx_bytes,
 836                 net_state->stats.tx_dropped, net_state->stats.rx_dropped,
 837                 net_state->stats.tx_interrupts, net_state->stats.rx_interrupts,
 838                 net_state->vm->cores[0].num_exits);
 839         profile_ms = 0;
 840     }
 841 }
 842
 843 static struct v3_timer_ops timer_ops = {
 844     .update_timer = virtio_nic_timer,
 845 };
 846
 847
 848 static int connect_fn(struct v3_vm_info * info,
 849                       void * frontend_data,
 850                       struct v3_dev_net_ops * ops,
 851                       v3_cfg_tree_t * cfg,
 852                       void * private_data) {
 853     struct virtio_dev_state * virtio = (struct virtio_dev_state *)frontend_data;
 854     struct virtio_net_state * net_state  = (struct virtio_net_state *)V3_Malloc(sizeof(struct virtio_net_state));
 855
 856     memset(net_state, 0, sizeof(struct virtio_net_state));
 857     register_dev(virtio, net_state);
 858
 859     net_state->vm = info;
 860     net_state->net_ops = ops;
 861     net_state->backend_data = private_data;
 862     net_state->virtio_dev = virtio;
 863     net_state->tx_notify = 0;
 864     net_state->rx_notify = 0;
 865
 866     net_state->timer = v3_add_timer(&(info->cores[0]),&timer_ops,net_state);
 867
 868     ops->recv = virtio_rx;
 869     ops->frontend_data = net_state;
 870     memcpy(ops->fnt_mac, virtio->mac, ETH_ALEN);
 871
 872     net_state->poll_thread = V3_CREATE_THREAD(virtio_tx_flush, (void *)net_state, "Virtio_Poll");
 873
 874     return 0;
 875 }
 876
 877 static int virtio_init(struct v3_vm_info * vm, v3_cfg_tree_t * cfg) {
 878     struct vm_device * pci_bus = v3_find_dev(vm, v3_cfg_val(cfg, "bus"));
 879     struct virtio_dev_state * virtio_state = NULL;
 880     char * dev_id = v3_cfg_val(cfg, "ID");
 881     char macstr[128];
 882     char * str = v3_cfg_val(cfg, "mac");
 883     memcpy(macstr, str, strlen(str));
 884
 885     if (pci_bus == NULL) {
 886         PrintError("Virtio NIC: VirtIO devices require a PCI Bus");
 887         return -1;
 888     }
 889
 890     virtio_state  = (struct virtio_dev_state *)V3_Malloc(sizeof(struct virtio_dev_state));
 891     memset(virtio_state, 0, sizeof(struct virtio_dev_state));
 892
 893     INIT_LIST_HEAD(&(virtio_state->dev_list));
 894     virtio_state->pci_bus = pci_bus;
 895     virtio_state->vm = vm;
 896
 897     if (macstr != NULL && !str2mac(macstr, virtio_state->mac)) {
 898         PrintDebug("Virtio NIC: Mac specified %s\n", macstr);
 899     }else {
 900         random_ethaddr(virtio_state->mac);
 901     }
 902
 903     struct vm_device * dev = v3_add_device(vm, dev_id, &dev_ops, virtio_state);
 904
 905     if (dev == NULL) {
 906         PrintError("Virtio NIC: Could not attach device %s\n", dev_id);
 907         V3_Free(virtio_state);
 908         return -1;
 909     }
 910
 911     if (v3_dev_add_net_frontend(vm, dev_id, connect_fn, (void *)virtio_state) == -1) {
 912         PrintError("Virtio NIC: Could not register %s as net frontend\n", dev_id);
 913         v3_remove_device(dev);
 914         return -1;
 915     }
 916
 917     return 0;
 918 }
 919
 920 device_register("LNX_VIRTIO_NIC", virtio_init)
 921