(done) 研究 xv6-lab-2023 网络这一节的实验代码（e1000初始化过程）

网页：https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2023/labs/net.html

E1000 网卡手册：https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2023/readings/8254x_GBe_SDM.pdf

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任务：分析清楚 e1000 网卡的初始化过程 (完成)

PCI 全称是 Peripheral Component Interconnect，外围部件互联，相关可以看这里
【(done) 什么是 PCI? Peripheral Component Interconnect】

根据 Lecture 上得到的知识：网卡接收到包时会产生一个中断，可知 xv6 应该注册了和网络相关的中断，我们先来读 main.c

main.c 源码显示调用了 pci_init 和 sockinit 初始化中断和套接字

如下是 pci_init 源码

void
pci_init()
{
  // vm.c 中的 kvmmake 已经提前映射了 0x30000000L 和 0x40000000L
  // e1000 的寄存器映射在 0x40000000L
  // PCIe 的配置空间映射在 0x30000000L

  // we'll place the e1000 registers at this address.
  // vm.c maps this range.

  uint64 e1000_regs = 0x40000000L;

  // qemu -machine virt puts PCIe config space here.
  // vm.c maps this range.
  uint32  *ecam = (uint32 *) 0x30000000L;

  // 扫描 PCIe 配置空间，查找设备

  // look at each possible PCI device on bus 0.
  for(int dev = 0; dev < 32; dev++){
    int bus = 0;
    int func = 0;
    int offset = 0;
    uint32 off = (bus << 16) | (dev << 11) | (func << 8) | (offset);
    volatile uint32 *base = ecam + off;
    uint32 id = base[0];
    
    // 如果找到了 e1000
    // 100e:8086 is an e1000
    if(id == 0x100e8086){
      // 设置 e1000 的属性 (这里要看 e1000 的手册)
      // command and status register.
      // bit 0 : I/O access enable
      // bit 1 : memory access enable
      // bit 2 : enable mastering
      base[1] = 7;
      __sync_synchronize();

      // 对 e1000 的配置空间做一些操作，具体是啥咱不关心
      for(int i = 0; i < 6; i++){
        uint32 old = base[4+i];

        // writing all 1's to the BAR causes it to be
        // replaced with its size.
        base[4+i] = 0xffffffff;
        __sync_synchronize();

        base[4+i] = old;
      }

      // NOTE: 这个很有趣！把 e1000 的寄存器映射在 0x40000000
      // tell the e1000 to reveal its registers at
      // physical address 0x40000000.
      base[4+0] = e1000_regs;

      // 进一步初始化
      e1000_init((uint32*)e1000_regs);
    }
  }
}

上面源码比较有意思的部分就是 base[4+0] = e1000_regs; ，把 e1000 寄存器映射在 0x40000000L

这里可以看看 E1000 网卡手册：

可知 base[4+0] 的内存位置是 “Base Address 0a”，看下面的解释

xv6 采用的是 PCI mode — 32-bit BARs，所以刚刚写入 base[4+0] 实际上是在设置 e1000 网卡寄存器的映射内存地址(基地址)。

再来看 e1000_init，源码如下：

// called by pci_init().
// xregs is the memory address at which the
// e1000's registers are mapped.
void
e1000_init(uint32 *xregs)
{
  int i;

  initlock(&e1000_lock, "e1000");

  regs = xregs;

  // Reset the device
  regs[E1000_IMS] = 0; // disable interrupts
  regs[E1000_CTL] |= E1000_CTL_RST;
  regs[E1000_IMS] = 0; // redisable interrupts
  __sync_synchronize();

  // [E1000 14.5] Transmit initialization
  memset(tx_ring, 0, sizeof(tx_ring));
  for (i = 0; i < TX_RING_SIZE; i++) {
    tx_ring[i].status = E1000_TXD_STAT_DD;
    tx_mbufs[i] = 0;
  }
  regs[E1000_TDBAL] = (uint64) tx_ring;
  if(sizeof(tx_ring) % 128 != 0)
    panic("e1000");
  regs[E1000_TDLEN] = sizeof(tx_ring);
  regs[E1000_TDH] = regs[E1000_TDT] = 0;
  
  // [E1000 14.4] Receive initialization
  memset(rx_ring, 0, sizeof(rx_ring));
  for (i = 0; i < RX_RING_SIZE; i++) {
    rx_mbufs[i] = mbufalloc(0);
    if (!rx_mbufs[i])
      panic("e1000");
    rx_ring[i].addr = (uint64) rx_mbufs[i]->head;
  }
  regs[E1000_RDBAL] = (uint64) rx_ring;
  if(sizeof(rx_ring) % 128 != 0)
    panic("e1000");
  regs[E1000_RDH] = 0;
  regs[E1000_RDT] = RX_RING_SIZE - 1;
  regs[E1000_RDLEN] = sizeof(rx_ring);

  // filter by qemu's MAC address, 52:54:00:12:34:56
  regs[E1000_RA] = 0x12005452;
  regs[E1000_RA+1] = 0x5634 | (1<<31);
  // multicast table
  for (int i = 0; i < 4096/32; i++)
    regs[E1000_MTA + i] = 0;

  // transmitter control bits.
  regs[E1000_TCTL] = E1000_TCTL_EN |  // enable
    E1000_TCTL_PSP |                  // pad short packets
    (0x10 << E1000_TCTL_CT_SHIFT) |   // collision stuff
    (0x40 << E1000_TCTL_COLD_SHIFT);
  regs[E1000_TIPG] = 10 | (8<<10) | (6<<20); // inter-pkt gap

  // receiver control bits.
  regs[E1000_RCTL] = E1000_RCTL_EN | // enable receiver
    E1000_RCTL_BAM |                 // enable broadcast
    E1000_RCTL_SZ_2048 |             // 2048-byte rx buffers
    E1000_RCTL_SECRC;                // strip CRC
  
  // ask e1000 for receive interrupts.
  regs[E1000_RDTR] = 0; // interrupt after every received packet (no timer)
  regs[E1000_RADV] = 0; // interrupt after every packet (no timer)
  regs[E1000_IMS] = (1 << 7); // RXDW -- Receiver Descriptor Write Back
}

这里应该是读写了一堆 e1000 的寄存器，这里为了节约时间就不细看了。

需要注意的是，e1000.c 有个函数 e1000_intr

void
e1000_intr(void)
{
  // tell the e1000 we've seen this interrupt;
  // without this the e1000 won't raise any
  // further interrupts.
  regs[E1000_ICR] = 0xffffffff;

  e1000_recv();
}

这个函数调用了 e1000_recv。可以很自然的认为 xv6 接受网络包的流程是：
网卡接受包 ----> 网卡产生中断 ----> 网卡进入 e1000_intr ----> 进入 e1000_recv 处理接收到的网络包

如果研究是哪些函数调用了 e1000_intr，可以发现是 usertrap ---> devintr ----> e1000_intr 其中，usertrap 判断是否是设备导致的中断，devintr 判断是哪个设备导致的中断，e1000_intr 做对应的处理。

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