mit6.s081 lab11 networking

这个exercise的工作是完善kernel/e1000.c文件中的e1000_transmit()和e1000_recv()函数，从而使得驱动可以发送和接受packet。
e1000_init()函数配置使得E1000从RAM中读取要发送的packet，以及将接收到的packet写入到RAM中，这就是DMA技术，RMA使得硬件可以直接从RAM中读写packet。
有可能出现在短时间内出现大量待处理的packet的情况，因此需要缓冲区来缓冲那些无法被及时处理的packet，在xv6中使用RAM中的descriptor数组来作为buffer，每个descriptor中包含了一个E1000可以写入接收到的packet的RAM地址，对应rx_desc结构体，rx_desc数组是一个环形队列。e1000_init()函数中分配了mbuf packet buffer用于实现DMA。另外，xv6中还存在另外一个用于发送packet的transmit ring(tx_desc结构体)，用于存储E1000即将要发送的packet。
当net.c中的network stack需要发送packet时，会调用e1000_transmit()来发送packet，e1000_transmit()的参数mbuf为需要发送的packet。在e1000_transmit()中需要使用tx_desc来记录这个指向packet data的指针，在mbuf被使用后需要保证该mbuf被释放掉，E1000中通过E1000_TXD_STAT_DD来标识该descriptor是否被使用。
当E1000从ethernet中接受到packet时，通过DMA计数将packet保存在下一个rx ring descriptor中的mbuf中，然后产生中断。所以在e1000_recv中需要扫描rx ring并通过net_rx()将其中的mbuf发送到network stack。发送完毕后需要重新申请mbuf并将其放入到descriptor中。
regs的地址为E1000第一个控制寄存器的指针，驱动程序可以通过memory-mapped控制寄存器与E1000进行交互。

e1000_transmit

1.通过读取E1000_TDT寄存器来获取下一个要发送到packet的index
2.如果对应的descriptor中的E1000_TXD_STAT_DD位没有被设置，说明该descriptor对应的packet还没有被发送，这种情况直接返回错误。
3.否则使用mbuffree()来将之前的已经发送过的mbuf释放掉。
4.对descriptor进行信息的填充，其中m->head指向packet的内容，m->len为该packet的长度，另外需要设置cmd flags并将后续需要释放掉的mbuf对应的指针保存起来。
5.更新E1000_TDT
7.如果发送成功返回0，如果失败返回-1，这样调用者发现发送失败会将mbuf释放掉。

int
e1000_transmit(struct mbuf *m)
{
  //
  // Your code here.
  //
  // the mbuf contains an ethernet frame; program it into
  // the TX descriptor ring so that the e1000 sends it. Stash
  // a pointer so that it can be freed after sending.
  //
  acquire(&e1000_lock);
  uint32 idx = regs[E1000_TDT];
  if ((tx_ring[idx].status & E1000_TXD_STAT_DD) == 0) {
    release(&e1000_lock);
    return -1;
  }
  else {
    if (tx_mbufs[idx])
      mbuffree(tx_mbufs[idx]);
  }
  tx_ring[idx].addr = (uint64)m->head;
  tx_ring[idx].length = m->len;
  tx_ring[idx].cmd = E1000_TXD_CMD_RS | E1000_TXD_CMD_EOP;
  tx_mbufs[idx] = m;

  regs[E1000_TDT] = (regs[E1000_TDT] + 1) % TX_RING_SIZE;
  release(&e1000_lock);
  return 0;
}

e1000_recv

1.通过读取E1000_RDT寄存器((regs[E1000_RDT]+1) % RX_RING_SIZE)来获取下一个等待接收的packet的index
2.检查descriptor中的E1000_TXD_STAT_DD是否被设置，如果没有被设置，结束该函数。
3.更新m->len为descriptor中记录的packet长度，使用net_rx()函数将mbuf发送到network stack
4.使用mbufalloc()分配一个新的mbuf来代替之前发送到network stack的mbuf，将descriptor中的addr指向mbuf->head，将descriptor中的status置为0。
5.更新E1000_RDT

static void
e1000_recv(void)
{
  //
  // Your code here.
  //
  // Check for packets that have arrived from the e1000
  // Create and deliver an mbuf for each packet (using net_rx()).
  //
  while (1) {
    uint32 idx = regs[E1000_RDT];
    idx = (idx + 1) % RX_RING_SIZE;
    if ((rx_ring[idx].status & E1000_RXD_STAT_DD) == 0) {
      return;
    }
    
    rx_mbufs[idx]->len = rx_ring[idx].length;
    net_rx(rx_mbufs[idx]);
    rx_mbufs[idx] = mbufalloc(0);
    rx_ring[idx].addr = (uint64)rx_mbufs[idx]->head;
    rx_ring[idx].status = 0;

    regs[E1000_RDT] = idx;
  }
  
}