ugw/ugw.c

   1 /**************************************************************************/
   2 /* CAN user space gateway for performance benchmarks                      */
   3 /* Copyright (C) 2013, 2014 Michal Sojka, DCE, FEE, CTU Prague            */
   4 /* License: GPLv2                                                         */
   5 /**************************************************************************/
   6
   7 #define _GNU_SOURCE
   8 #include <sys/socket.h>
   9 #include <linux/can.h>
  10 #include <sys/ioctl.h>
  11 #include <net/if.h>
  12 #include <string.h>
  13 #include <unistd.h>
  14 #include <stdlib.h>
  15 #include <stdio.h>
  16 #include <time.h>
  17 #include <stdbool.h>
  18 #include <linux/if_ether.h>
  19 #include <linux/if_packet.h>
  20 #include <poll.h>
  21 #include <sys/mman.h>
  22 #include <arpa/inet.h>
  23 #include <fcntl.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <signal.h>
  26
  27 #ifndef SO_BUSY_POLL
  28 #define SO_BUSY_POLL 46
  29 #endif
  30
  31 #define FRAME_SIZE 128
  32 #define BLOCK_SIZE 4096
  33 #define BLOCK_NR 2
  34 #define FRAME_NR (BLOCK_NR*(BLOCK_SIZE/FRAME_SIZE))
  35
  36 #define STRINGIFY(val) #val
  37 #define TOSTRING(val) STRINGIFY(val)
  38 #define CHECK(cmd) ({ int ret = (cmd); if (ret == -1) { perror(#cmd " line " TOSTRING(__LINE__)); exit(1); }; ret; })
  39 #define CHECKPTR(cmd) ({ void *ptr = (cmd); if (ptr == (void*)-1) { perror(#cmd " line " TOSTRING(__LINE__)); exit(1); }; ptr; })
  40
  41 char *devin = "can0";
  42 char *devout = "can1";
  43 enum { IN_READ, IN_RECVMMSG, IN_MMAP, IN_MMAPBUSY } in_method = IN_READ;
  44 enum { WRITE, OUT_MMAP } out_method = WRITE;
  45 bool quiet = false;
  46 int busy_poll_us = 0;
  47 bool nonblocking = false;
  48
  49 enum in2out {
  50         STORE_ONLY,
  51         SEND,
  52         NOP,
  53 };
  54
  55
  56 #define VERBOSE(format, ...) do { if (!quiet) fprintf(stderr, format, ##__VA_ARGS__); } while (0)
  57
  58 struct in_ctx {
  59         int s;
  60         void *ptr;
  61         int hdrlen;
  62         int current;
  63         enum in2out (*in_fn)(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf);
  64 };
  65
  66 struct out_ctx {
  67         int s;
  68         enum in2out from_in;
  69         void *ptr;
  70         int hdrlen;
  71         int current;
  72         int (*out_fn)(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf);
  73 };
  74
  75 struct stats {
  76         int store;
  77         int send;
  78 } stats;
  79
  80 void sigint(int v)
  81 {
  82         printf("store:%d\nsend:%d\ntotal:%d\n",
  83                stats.store, stats.send, stats.store + stats.send);
  84         exit(0);
  85 }
  86
  87 enum in2out in_read(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
  88 {
  89         int ret = read(ctx->s, cf, sizeof(*cf));
  90         if (nonblocking && ret == -1 && errno == EAGAIN)
  91                 return NOP;
  92         if (ret != sizeof(*cf)) {
  93                 perror("read");
  94                 exit(1);
  95         }
  96         return SEND;
  97 }
  98
  99 void init_read(struct in_ctx *ctx)
 100 {
 101         int s;
 102         struct sockaddr_can addr;
 103         struct ifreq ifr;
 104
 105         s = CHECK(socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW));
 106
 107         if (nonblocking) {
 108                 int flags = CHECK(fcntl(s, F_GETFL, 0));
 109                 CHECK(fcntl(s, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK));
 110         }
 111
 112         if (busy_poll_us) {
 113                 CHECK(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_BUSY_POLL,
 114                                  &busy_poll_us, sizeof(busy_poll_us)));
 115         }
 116
 117         strncpy(ifr.ifr_name, devin, sizeof(ifr.ifr_name));
 118         if (-1 == ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr)) {
 119                 perror(devin);
 120                 exit(1);
 121         }
 122
 123         addr.can_family = AF_CAN;
 124         addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
 125
 126         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)));
 127
 128         ctx->s = s;
 129         ctx->in_fn = in_read;
 130 }
 131
 132 enum in2out in_packet_rx(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 133 {
 134         volatile struct tpacket2_hdr *hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 135         int ret = -1;
 136
 137         while (hdr->tp_status == TP_STATUS_KERNEL) {
 138                 if (in_method != IN_MMAPBUSY) {
 139                         struct pollfd pfd = {.fd = ctx->s, .revents = 0,
 140                                              .events = POLLIN|POLLRDNORM|POLLERR };
 141                         ret = CHECK(poll(&pfd, 1, -1));
 142                 }
 143         }
 144         //struct sockaddr_ll *addr = (void*)hdr + TPACKET_ALIGN(ctx->hdrlen);
 145         (void)ret;
 146         struct can_frame *cf_mmap = (void*)hdr + hdr->tp_mac;
 147         *cf = *cf_mmap;
 148         hdr->tp_status = 0;
 149         ctx->current = (ctx->current + 1) % FRAME_NR;
 150         hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 151         return (hdr->tp_status == TP_STATUS_KERNEL) ? SEND : STORE_ONLY;
 152 }
 153
 154
 155 void init_packet_rx(struct in_ctx *ctx)
 156 {
 157         int s;
 158         struct sockaddr_ll my_addr;
 159         struct ifreq ifr;
 160
 161         s = CHECK(socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL)));
 162
 163         if (busy_poll_us) {
 164                 CHECK(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_BUSY_POLL,
 165                                  &busy_poll_us, sizeof(busy_poll_us)));
 166         }
 167
 168         int val = TPACKET_V2;
 169         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_VERSION, &val, sizeof(val)));
 170         socklen_t len = sizeof(ctx->hdrlen);
 171         CHECK(getsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_HDRLEN, &ctx->hdrlen, &len));
 172
 173         strncpy (ifr.ifr_name, devin, sizeof(ifr.ifr_name));
 174         CHECK(ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr));
 175
 176         my_addr.sll_family = AF_PACKET;
 177         my_addr.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
 178         my_addr.sll_ifindex =  ifr.ifr_ifindex;
 179
 180         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr_ll)));
 181
 182         struct tpacket_req req = {
 183                 .tp_block_size = BLOCK_SIZE,
 184                 .tp_frame_size = FRAME_SIZE,
 185                 .tp_block_nr   = BLOCK_NR,
 186                 .tp_frame_nr   = FRAME_NR,
 187         };
 188         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_RX_RING, (char *)&req, sizeof(req)));
 189
 190         ctx->ptr = (char*)CHECKPTR(mmap(0, BLOCK_SIZE*BLOCK_NR, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, s, 0));
 191
 192         ctx->s = s;
 193         ctx->in_fn = in_packet_rx;
 194         ctx->current = 0;
 195 }
 196
 197 int out_write(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 198 {
 199         if (ctx->from_in == NOP)
 200                 return 0;
 201
 202         int ret = write(ctx->s, cf, sizeof(*cf));
 203         if (ret != sizeof(*cf)) {
 204                 perror("write");
 205                 exit(1);
 206         }
 207         return 0;
 208 }
 209
 210 void init_write(struct out_ctx *ctx)
 211 {
 212         int s;
 213         struct sockaddr_can addr;
 214         struct ifreq ifr;
 215
 216         s = CHECK(socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW));
 217
 218         strncpy(ifr.ifr_name, devout, sizeof(ifr.ifr_name));
 219         if (-1 == ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr)) {
 220                 perror(devout);
 221                 exit(1);
 222         }
 223
 224         addr.can_family = AF_CAN;
 225         addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
 226
 227         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)));
 228
 229         ctx->s = s;
 230         ctx->out_fn = out_write;
 231 }
 232
 233 int out_packet_tx(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 234 {
 235         volatile struct tpacket2_hdr *hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 236
 237         if (ctx->from_in == NOP)
 238                 return 0;
 239
 240         while (hdr->tp_status != TP_STATUS_AVAILABLE) {
 241                 CHECK(send(ctx->s, NULL, 0, 0));
 242         }
 243
 244         //struct sockaddr_ll *addr = (void*)hdr + TPACKET_HDRLEN - sizeof(struct sockaddr_ll);
 245         struct can_frame *cf_mmap = (void*)hdr + TPACKET_HDRLEN  - sizeof(struct sockaddr_ll);
 246         *cf_mmap = *cf;
 247         hdr->tp_len = sizeof(*cf);
 248         hdr->tp_status = TP_STATUS_SEND_REQUEST;
 249         ctx->current = (ctx->current + 1) % FRAME_NR;
 250
 251         if (ctx->from_in == SEND){
 252                 CHECK(send(ctx->s, NULL, 0, 0));
 253                 return 0;
 254         }
 255         return 0;
 256 }
 257
 258
 259 void init_packet_tx(struct out_ctx *ctx)
 260 {
 261         int s;
 262         struct sockaddr_ll my_addr;
 263         struct ifreq ifr;
 264
 265         s = CHECK(socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL)));
 266
 267         int val = TPACKET_V2;
 268         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_VERSION, &val, sizeof(val)));
 269         socklen_t len = sizeof(ctx->hdrlen);
 270         CHECK(getsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_HDRLEN, &ctx->hdrlen, &len));
 271
 272         strncpy (ifr.ifr_name, devout, sizeof(ifr.ifr_name));
 273         CHECK(ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr));
 274
 275         my_addr.sll_family = AF_PACKET;
 276         my_addr.sll_protocol = htons(ETH_P_CAN);
 277         my_addr.sll_ifindex =  ifr.ifr_ifindex;
 278
 279         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr_ll)));
 280
 281         struct tpacket_req req = {
 282                 .tp_block_size = BLOCK_SIZE,
 283                 .tp_frame_size = FRAME_SIZE,
 284                 .tp_block_nr   = BLOCK_NR,
 285                 .tp_frame_nr   = FRAME_NR,
 286         };
 287         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_TX_RING, (char *)&req, sizeof(req)));
 288
 289         ctx->ptr = (char*)CHECKPTR(mmap(0, BLOCK_SIZE*BLOCK_NR, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, s, 0));
 290
 291         ctx->s = s;
 292         ctx->out_fn = out_packet_tx;
 293         ctx->current = 0;
 294 }
 295
 296 void init_in(struct in_ctx *in)
 297 {
 298         memset(in, 0, sizeof(*in));
 299         switch (in_method) {
 300         case IN_READ:
 301                 init_read(in);
 302                 break;
 303         case IN_MMAP:
 304         case IN_MMAPBUSY:
 305                 init_packet_rx(in);
 306                 break;
 307         default:
 308                 fprintf(stderr, "Unknown \"in method\" %d\n", in_method);
 309                 exit(1);
 310         }
 311 }
 312
 313 int in(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 314 {
 315         return ctx->in_fn(ctx, cf);
 316 }
 317
 318 void init_out(struct out_ctx *out)
 319 {
 320         memset(out, 0, sizeof(*out));
 321         switch (out_method) {
 322         case WRITE: init_write(out); break;
 323         case OUT_MMAP: init_packet_tx(out); break;
 324         default:
 325                 fprintf(stderr, "Unknown \"out method\" %d\n", out_method);
 326                 exit(1);
 327         }
 328 }
 329
 330 int out(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 331 {
 332         return ctx->out_fn(ctx, cf);
 333 }
 334
 335 void gw()
 336 {
 337         struct in_ctx    ic;
 338         struct out_ctx   oc;
 339         struct can_frame cf;
 340
 341         init_in(&ic);
 342         init_out(&oc);
 343
 344         VERBOSE("UGW started\n");
 345
 346         while (1) {
 347                 oc.from_in = in(&ic, &cf);
 348                 switch (oc.from_in) {
 349                 case SEND:       stats.send++;  break;
 350                 case STORE_ONLY: stats.store++; break;
 351                 case NOP:                       break;
 352                 }
 353                 out(&oc, &cf);
 354         }
 355 }
 356
 357
 358 int main(int argc, char *argv[])
 359 {
 360         int opt;
 361
 362         while ((opt = getopt(argc, argv, "b:nqr:t:")) != -1) {
 363                 switch (opt) {
 364                 case 'b':
 365                         busy_poll_us = atoi(optarg);
 366                         break;
 367                 case 'n':
 368                         nonblocking = true;
 369                         break;
 370                 case 'q':
 371                         quiet = true;
 372                         break;
 373                 case 'r':
 374                         if (strcmp(optarg, "read") == 0)
 375                                 in_method = IN_READ;
 376                         else if (strcmp(optarg, "mmap") == 0)
 377                                 in_method = IN_MMAP;
 378                         else if (strcmp(optarg, "mmapbusy") == 0)
 379                                 in_method = IN_MMAPBUSY;
 380                         else {
 381                                 fprintf(stderr, "Unsuported RX method: %s\n", optarg);
 382                                 exit(1);
 383                         }
 384                         break;
 385                 case 't':
 386                         if (strcmp(optarg, "write") == 0)
 387                                 out_method = WRITE;
 388                         else if (strcmp(optarg, "mmap") == 0)
 389                                 out_method = OUT_MMAP;
 390                         else {
 391                                 fprintf(stderr, "Unsuported TX method: %s\n", optarg);
 392                                 exit(1);
 393                         }
 394                         break;
 395                 default: /* '?' */
 396                         fprintf(stderr, "Usage: %s [in_interface out_interface]\n",
 397                                 argv[0]);
 398                         exit(EXIT_FAILURE);
 399                 }
 400         }
 401
 402         if (optind < argc)
 403                 devin  = argv[optind];
 404         if (optind+1 < argc)
 405                 devout = argv[optind+1];
 406
 407         signal(SIGINT, sigint);
 408         gw();
 409
 410         return 0;
 411 }