收发环、轮询坑与 CMake gate

收发环:legacy 描述符 + DMA 缓冲

MAC 拿到了、链路拉起来了(CTRL.SLU),接下来立收发环。e1000 的「legacy」模式用一个定宽的描述符(16 字节)描述一个包缓冲:描述符里写「缓冲的 DMA 地址 + 长度 + 状态位」,设备和驱动各维护一个 head/tail 指针在环上推进。

• RX 环:32 个描述符,每个挂一个 2KB 的接收缓冲(从 DmaPool 分配)。设备收到包就往 head 指的缓冲里 DMA 写,置「Descriptor Done」位,推进 head。
• TX 环:8 个描述符,发完一个复用一个缓冲。

收包过滤也得设:把「自己这个 MAC」写进 Receive Address 寄存器(RAL0/RAH0),让设备收发给自己 MAC 的单播帧;RCTL 里置 BAM 位让它也收广播帧(ARP/DHCP 这些要用广播)。这两个一开,设备就会把线上匹配的包 DMA 进 RX 环。

轮询收包那个坑:得读一个 MMIO 寄存器

这是这一章最该记的一笔。立好环之后,最直白的收包写法是:轮询内存里下一个描述符的 status 位,看到 DD(Descriptor Done)就说明这个槽有包了,拷出来。但在 QEMU 上,这么写永远收不到包。

现象很气人:包明明发出去了(filter-dump pcap 证明 QEMU 的 SLIRP 网关也回了),但 ring 里一个包都没有——描述符的 status 没置,head 指针没动,收包计数寄存器 GPRC 是 0。环的所有配置寄存器回读全对(RX 基址、长度、控制位、描述符的缓冲地址都没问题)。

根因在 QEMU 的工作方式上,poll_rx 开头那条注释写得很清楚:

bool E1000Controller::poll_rx(uint8_t* dst, uint32_t max_len, uint32_t& out_len) {
    // Read RDH (MMIO).  On real HW the packet lands in the ring the instant it
    // arrives.  Under QEMU TCG, pulling the SLIRP reply into the ring needs the
    // device-model main loop to run, which a polled ring alone does not drive
    // -- the caller (test_e1000.cpp) sti+hlt's between polls so the main loop
    // runs and a LAPIC-timer IRQ wakes it.  In production the PIT/LAPIC tick
    // already keeps the main loop alive, so this single read is plenty.
    // Harmless on real HW.
    (void)reg_read(e1000reg::RDH);
    ...

（e1000.cpp:237,关键那行 (void)reg_read(RDH) 在 :245。）真机上,包一到就被 DMA 进 ring,描述符 status 立刻置位——读不读 RDH 无所谓。QEMU TCG 不一样:把 SLIRP 网关的回包「拉进 ring」这一步,是设备模型的主循环干的;而这个主循环只在 guest trap 出来(MMIO 访问、中断、hlt)的时候才跑。描述符的 status 在 DMA 内存里——读它不 trap——所以光在内存里轮询 status,模拟器的主循环压根没跑,包就永远悬在线上、没被推进 ring。

修法就是开头那一行 reg_read(RDH):读 RDH 这个 MMIO 寄存器(不是内存)会 trap 出去,模拟器借此跑一轮主循环,把包投递进 ring。配合调用方(测试)在两次轮询之间 sti; hlt(让 LAPIC 定时器中断把 CPU 唤醒、再多 trap 几次),包就到了。生产环境里 PIT/LAPIC 的 tick 本来就在不停打断 CPU,主循环一直活着,这一行读就够。

这不是 QEMU 的 bug,是轮询驱动在模拟器上的正确交互方式。 定位它的时候最容易走偏的是:看到「ring 寄存器全对、包却没来」,去怀疑配置(是不是过滤没开、是不是缓冲地址错了)。但收包计数 GPRC(一个 MMIO 统计寄存器)能区分两种情况——GPRC=0 说明 MAC 压根没把包收进设备(过滤问题),GPRC>0 但 ring 里没有说明收了但没 DMA 到 ring(投递问题)。这里是 GPRC=0 且 ring 寄存器全对,指向「投递没发生」→ 模拟器主循环没跑 → 内存轮询没 trap。用诊断寄存器把「没收」和「收了没送」分开,是定位这类问题的钥匙,别一上来就归因到最显眼的共同路径(配置)上。

CMake 文件 gate:又见 §14

这个驱动也走 054b 立的那条规矩:源码里不写 #ifdef,改用 CMake 的文件级 gate。kernel/drivers/CMakeLists.txt 里:

if(CINUX_NET)
    net/e1000.cpp
    net/e1000_init.cpp
else()
    net/net_stub.cpp      # CINUX_NET off 时编一个空 net::init()
endif()

CINUX_NET 是 ON 时编真驱动,OFF 时编一个 net_stub.cpp——里头是个空的 net::init(),让 kernel/main.cpp 里那句 net::init() 调用照样链接得过(main.cpp 里一行 #ifdef 都没有)。这和 054b 把 #ifdef CINUX_GUI 赶去 CMake 是同一个手法:调用处零 #ifdef,开关只在构建系统里管「编哪份文件」。测试侧也一样:test_e1000.cpp 挂在 if(CINUX_NET) 下,main_test.cpp 里 run_e1000_tests() 的声明和调用挂 #ifdef CINUX_NET——比 xHCI 当年没守卫的 test 还干净一档(那个是 054c 才补上的)。