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
  24 #ifndef SO_BUSY_POLL
  25 #define SO_BUSY_POLL 46
  26 #endif
  27
  28 #define FRAME_SIZE 256
  29 #define BLOCK_SIZE 4096
  30 #define BLOCK_NR 2
  31 #define FRAME_NR (BLOCK_NR*(BLOCK_SIZE/FRAME_SIZE))
  32
  33 #define STRINGIFY(val) #val
  34 #define TOSTRING(val) STRINGIFY(val)
  35 #define CHECK(cmd) ({ int ret = (cmd); if (ret == -1) { perror(#cmd " line " TOSTRING(__LINE__)); exit(1); }; ret; })
  36 #define CHECKPTR(cmd) ({ void *ptr = (cmd); if (ptr == (void*)-1) { perror(#cmd " line " TOSTRING(__LINE__)); exit(1); }; ptr; })
  37
  38 char *devin = "can0";
  39 char *devout = "can1";
  40 enum { IN_READ, IN_RECVMMSG, IN_MMAP, IN_MMAPBUSY } in_method = IN_READ;
  41 enum { WRITE, OUT_MMAP } out_method = WRITE;
  42 bool quiet = false;
  43 int busy_poll_us = 0;
  44
  45 enum in2out {
  46         STORE_ONLY,
  47         SEND,
  48 };
  49
  50
  51 #define VERBOSE(format, ...) do { if (!quiet) fprintf(stderr, format, ##__VA_ARGS__); } while (0)
  52
  53 struct in_ctx {
  54         int s;
  55         void *ptr;
  56         int hdrlen;
  57         int current;
  58         enum in2out (*in_fn)(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf);
  59 };
  60
  61 struct out_ctx {
  62         int s;
  63         enum in2out from_in;
  64         void *ptr;
  65         int hdrlen;
  66         int current;
  67         int (*out_fn)(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf);
  68 };
  69
  70 enum in2out in_read(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
  71 {
  72         int ret = read(ctx->s, cf, sizeof(*cf));
  73         if (ret != sizeof(*cf)) {
  74                 perror("read");
  75                 exit(1);
  76         }
  77         return SEND;
  78 }
  79
  80 void init_read(struct in_ctx *ctx)
  81 {
  82         int s;
  83         struct sockaddr_can addr;
  84         struct ifreq ifr;
  85
  86         s = CHECK(socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW));
  87
  88         if (busy_poll_us) {
  89                 CHECK(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_BUSY_POLL,
  90                                  &busy_poll_us, sizeof(busy_poll_us)));
  91         }
  92
  93         strncpy(ifr.ifr_name, devin, sizeof(ifr.ifr_name));
  94         if (-1 == ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr)) {
  95                 perror(devin);
  96                 exit(1);
  97         }
  98
  99         addr.can_family = AF_CAN;
 100         addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
 101
 102         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)));
 103
 104         ctx->s = s;
 105         ctx->in_fn = in_read;
 106 }
 107
 108 enum in2out in_packet_rx(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 109 {
 110         volatile struct tpacket2_hdr *hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 111         int ret = -1;
 112
 113         while (hdr->tp_status == TP_STATUS_KERNEL) {
 114                 if (in_method != IN_MMAPBUSY) {
 115                         struct pollfd pfd = {.fd = ctx->s, .revents = 0,
 116                                              .events = POLLIN|POLLRDNORM|POLLERR };
 117                         ret = CHECK(poll(&pfd, 1, -1));
 118                 }
 119         }
 120         //struct sockaddr_ll *addr = (void*)hdr + TPACKET_ALIGN(ctx->hdrlen);
 121         (void)ret;
 122         struct can_frame *cf_mmap = (void*)hdr + hdr->tp_mac;
 123         //printf("ret:%d st:%#08x m:%d RX in frame %2d, CAN ID %#3x\n", ret, hdr->tp_status, hdr->tp_mac, ctx->current, cf_mmap->can_id);
 124         *cf = *cf_mmap;
 125         hdr->tp_status = 0;
 126         ctx->current = (ctx->current + 1) % FRAME_NR;
 127         hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 128         return (hdr->tp_status == TP_STATUS_KERNEL) ? SEND : STORE_ONLY;
 129 }
 130
 131
 132 void init_packet_rx(struct in_ctx *ctx)
 133 {
 134         int s;
 135         struct sockaddr_ll my_addr;
 136         struct ifreq ifr;
 137
 138         s = CHECK(socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL)));
 139
 140         int val = TPACKET_V2;
 141         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_VERSION, &val, sizeof(val)));
 142         socklen_t len = sizeof(ctx->hdrlen);
 143         CHECK(getsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_HDRLEN, &ctx->hdrlen, &len));
 144
 145         strncpy (ifr.ifr_name, devin, sizeof(ifr.ifr_name));
 146         CHECK(ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr));
 147
 148         my_addr.sll_family = AF_PACKET;
 149         my_addr.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
 150         my_addr.sll_ifindex =  ifr.ifr_ifindex;
 151
 152         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr_ll)));
 153
 154         struct tpacket_req req = {
 155                 .tp_block_size = BLOCK_SIZE,
 156                 .tp_frame_size = FRAME_SIZE,
 157                 .tp_block_nr   = BLOCK_NR,
 158                 .tp_frame_nr   = FRAME_NR,
 159         };
 160         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_RX_RING, (char *)&req, sizeof(req)));
 161
 162         ctx->ptr = (char*)CHECKPTR(mmap(0, BLOCK_SIZE*BLOCK_NR, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, s, 0));
 163
 164         ctx->s = s;
 165         ctx->in_fn = in_packet_rx;
 166         ctx->current = 0;
 167 }
 168
 169 int out_write(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 170 {
 171         int ret = write(ctx->s, cf, sizeof(*cf));
 172         if (ret != sizeof(*cf)) {
 173                 perror("write");
 174                 exit(1);
 175         }
 176         return 0;
 177 }
 178
 179 void init_write(struct out_ctx *ctx)
 180 {
 181         int s;
 182         struct sockaddr_can addr;
 183         struct ifreq ifr;
 184
 185         s = CHECK(socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW));
 186
 187         strncpy(ifr.ifr_name, devout, sizeof(ifr.ifr_name));
 188         if (-1 == ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr)) {
 189                 perror(devout);
 190                 exit(1);
 191         }
 192
 193         addr.can_family = AF_CAN;
 194         addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
 195
 196         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)));
 197
 198         ctx->s = s;
 199         ctx->out_fn = out_write;
 200 }
 201
 202 int out_packet_tx(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 203 {
 204         volatile struct tpacket2_hdr *hdr = ctx->ptr + ctx->current*FRAME_SIZE;
 205         int ret = -1;
 206
 207         while (hdr->tp_status != TP_STATUS_AVAILABLE) {
 208                 struct pollfd pfd = {.fd = ctx->s, .revents = 0,
 209                                      .events = POLLIN|POLLRDNORM|POLLERR };
 210                 ret = CHECK(poll(&pfd, 1, -1));
 211         }
 212         (void)ret;
 213         //struct sockaddr_ll *addr = (void*)hdr + TPACKET_HDRLEN - sizeof(struct sockaddr_ll);
 214         struct can_frame *cf_mmap = (void*)hdr + TPACKET_HDRLEN  - sizeof(struct sockaddr_ll);
 215         *cf_mmap = *cf;
 216         hdr->tp_len = sizeof(*cf);
 217         hdr->tp_status = TP_STATUS_SEND_REQUEST;
 218         ctx->current = (ctx->current + 1) % FRAME_NR;
 219
 220         if (ctx->from_in == SEND){
 221                 ret = CHECK(send(ctx->s, NULL, 0, 0));
 222                 return 0;
 223         }
 224         return 0;
 225 }
 226
 227
 228 void init_packet_tx(struct out_ctx *ctx)
 229 {
 230         int s;
 231         struct sockaddr_ll my_addr;
 232         struct ifreq ifr;
 233
 234         s = CHECK(socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL)));
 235
 236         int val = TPACKET_V2;
 237         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_VERSION, &val, sizeof(val)));
 238         socklen_t len = sizeof(ctx->hdrlen);
 239         CHECK(getsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_HDRLEN, &ctx->hdrlen, &len));
 240
 241         strncpy (ifr.ifr_name, devout, sizeof(ifr.ifr_name));
 242         CHECK(ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr));
 243
 244         my_addr.sll_family = AF_PACKET;
 245         my_addr.sll_protocol = htons(ETH_P_CAN);
 246         my_addr.sll_ifindex =  ifr.ifr_ifindex;
 247
 248         CHECK(bind(s, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr_ll)));
 249
 250         struct tpacket_req req = {
 251                 .tp_block_size = BLOCK_SIZE,
 252                 .tp_frame_size = FRAME_SIZE,
 253                 .tp_block_nr   = BLOCK_NR,
 254                 .tp_frame_nr   = FRAME_NR,
 255         };
 256         CHECK(setsockopt(s, SOL_PACKET, PACKET_TX_RING, (char *)&req, sizeof(req)));
 257
 258         ctx->ptr = (char*)CHECKPTR(mmap(0, BLOCK_SIZE*BLOCK_NR, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, s, 0));
 259
 260         ctx->s = s;
 261         ctx->out_fn = out_packet_tx;
 262         ctx->current = 0;
 263 }
 264
 265 void init_in(struct in_ctx *in)
 266 {
 267         memset(in, 0, sizeof(*in));
 268         switch (in_method) {
 269         case IN_READ:
 270                 init_read(in);
 271                 break;
 272         case IN_MMAP:
 273         case IN_MMAPBUSY:
 274                 init_packet_rx(in);
 275                 break;
 276         default:
 277                 fprintf(stderr, "Unknown \"in method\" %d\n", in_method);
 278                 exit(1);
 279         }
 280 }
 281
 282 int in(struct in_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 283 {
 284         return ctx->in_fn(ctx, cf);
 285 }
 286
 287 void init_out(struct out_ctx *out)
 288 {
 289         memset(out, 0, sizeof(*out));
 290         switch (out_method) {
 291         case WRITE: init_write(out); break;
 292         case OUT_MMAP: init_packet_tx(out); break;
 293         default:
 294                 fprintf(stderr, "Unknown \"out method\" %d\n", out_method);
 295                 exit(1);
 296         }
 297 }
 298
 299 int out(struct out_ctx *ctx, struct can_frame *cf)
 300 {
 301         return ctx->out_fn(ctx, cf);
 302 }
 303
 304 void gw()
 305 {
 306         struct in_ctx    ic;
 307         struct out_ctx   oc;
 308         struct can_frame cf;
 309
 310         init_in(&ic);
 311         init_out(&oc);
 312
 313         VERBOSE("UGW started\n");
 314
 315         while (1) {
 316                 oc.from_in = in(&ic, &cf);
 317                 out(&oc, &cf);
 318         }
 319 }
 320
 321
 322 int main(int argc, char *argv[])
 323 {
 324         int opt;
 325
 326         while ((opt = getopt(argc, argv, "b:qr:t:")) != -1) {
 327                 switch (opt) {
 328                 case 'b':
 329                         busy_poll_us = atoi(optarg);
 330                         break;
 331                 case 'q':
 332                         quiet = true;
 333                         break;
 334                 case 'r':
 335                         if (strcmp(optarg, "read") == 0)
 336                                 in_method = IN_READ;
 337                         else if (strcmp(optarg, "mmap") == 0)
 338                                 in_method = IN_MMAP;
 339                         else if (strcmp(optarg, "mmapbusy") == 0)
 340                                 in_method = IN_MMAPBUSY;
 341                         else {
 342                                 fprintf(stderr, "Unsuported RX method: %s\n", optarg);
 343                                 exit(1);
 344                         }
 345                         break;
 346                 case 't':
 347                         if (strcmp(optarg, "write") == 0)
 348                                 out_method = WRITE;
 349                         else if (strcmp(optarg, "mmap") == 0)
 350                                 out_method = OUT_MMAP;
 351                         else {
 352                                 fprintf(stderr, "Unsuported TX method: %s\n", optarg);
 353                                 exit(1);
 354                         }
 355                         break;
 356                 default: /* '?' */
 357                         fprintf(stderr, "Usage: %s [in_interface out_interface]\n",
 358                                 argv[0]);
 359                         exit(EXIT_FAILURE);
 360                 }
 361         }
 362
 363         if (optind < argc)
 364                 devin  = argv[optind];
 365         if (optind+1 < argc)
 366                 devout = argv[optind+1];
 367
 368         gw();
 369
 370         return 0;
 371 }