feat: B7 APIC/IOAPIC接管 + NVMe写路径 + virtio_net virtqueue + PE兼容层修复 + QEMU测试套件全自动化

中断路由 (B7):
- apic.drv: LAPIC enable + IOAPIC重定向表编程(MADT ISO感知) + apic_route/apic_route_legacy/apic_diag开关
- UTSM: LAPIC EOI钩子(register_apic_eoi, ABI尾部追加) + IDT 0-255全覆盖 + spurious 0xFF特判
- FUCK: apic_route=0默认PIC(零回归) / =1 IOAPIC->LAPIC接管(失败完整降级) / legacy放开IRQ1/12/11

存储:
- nvme.drv: 写路径 + PRP list + 读回校验 + MSI/MSI-X中断驱动(nvme_msi开关, 回退纯轮询)
- build.ps1: apic.drv纳入构建(原为预置二进制)

网络:
- virtio_net: virtqueue RX/TX + netdev注册 + DHCP自测(slirp真实OFFER)

PE兼容层:
- pe_shim: guest->host指针转换(g_emu_mem_base + gp()) + shim fn32列补齐
- gen_pe.py: PE32+ RVA偏置修复(BUG-004) + cmd.exe生成
- desktop_app.h: da_mouse_poll先判AUX位 + da_mouse_init冲刷残留(BUG-003/008)
- shell: Ctrl修饰键跟踪(BUG-001) + g_run_image扩至1MB(BUG-002)

QEMU测试套件:
- 9用例全自动化(Run-All.ps1): boot-regression/driver-matrix/linux-compat/pe-compat/deaicup-e2e/userapps-matrix/network-e2e/performance-baseline/x86emu32-coverage
- QemuTest.ps1公共库: 串口断言/monitor sendkey/screendump/HTTP服务器/并发隔离

文档:
- CLAUDE.md: APIC/IOAPIC能力 + kernel_api暴露 + IRQ后端升级状态
- LESSONS_LEARNED.md: B7 LAPIC/IOAPIC经验教训(2条)
- Bug记录.txt: BUG-20260801-001~008 + BUG-20260803-009(9条)
- test-cases/*.md: 全部补充自动化脚本小节
- 桌面设计.md: .lnk快捷方式 + LINUXAPP.CNF Linux应用图标
- 系统开发策划.md: NVMe/virtio_net标完成 + B2/B7标已解决 + M2进度列
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2026-08-04 18:08:08 +08:00
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+699 -6
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@@ -6,8 +6,17 @@
* 1. 64-bit BAR 常位于 4G 以上(QEMU/OVMF 把 NVMe BAR0 放到 ~48GiB),
* HHDM 直映射不保证覆盖。访问前先用 kernel_api.mmio->is_mapped 做
* 四级页表 walk 核实;未映射则 map_mmio 原地补建 4KiB UC 页。
* 2. 同步轮询模型: 单 outstanding 命令 + CQE phase bit 轮询 + TSC 超时,
* 不依赖 IRQ/MSI(当前 PIC/APIC 后端未完工)。
* 2. 完成模型: 单 outstanding 命令 + CQE phase bit。B7 阶段3 起 IO 队列
* 默认尝试 MSI/MSI-X 中断驱动(FUCK [drivers] nvme_msi, 默认 1 自动):
* 先 MSI cap 编程, 缺则 MSI-X (QEMU nvme 只暴露 MSI-X) — 表项
* addr=0xFEE00000|dest<<12, data=动态向量, entry unmask + cap Enable;
* Create IOCQ IEN=1/IV=0 + INTMC 解除 IV0; handler 摘 CQE 进完成槽、
* 推进 head、写 CQ doorbell, 自写 LAPIC EOI 并返回 1 (MSI 直投 LAPIC,
* 与 apic_route 开关无关, 不依赖阶段2 的 EOI 钩子注册状态)。
* 提交侧统一等待: 先查完成槽(中断路径), 再在 irqsave 临界区内手动
* 摘取(自适应轮询路径) — IF=0 (DSK 阶段) 或 MSI 未投递时零感知降级,
* 行为与旧版纯轮询一致。计数: g_msi_irq_count / g_msi_slot_hits /
* g_msi_poll_harvests / g_msi_timeouts, init 末尾与压测后打点。
* 3. 数据面: 32 页 (128KiB) 物理连续 DMA bounce buffer + 单页 PRP list。
* PRP 布局按传输页数分档: 1 页单 PRP1; 2 页 PRP2 直连第二页;
* >=3 页 PRP2 指向 PRP list 页 (512 项 u64, 上限 513 页 = 2052KiB)。
@@ -32,7 +41,7 @@ const struct dkm_driver_desc driver_desc = {
.abi_version = DKM_ABI_VERSION,
.desc_size = sizeof(struct dkm_driver_desc),
.name = "nvme",
.version = "0.3.0",
.version = "0.4.0",
.vendor = "Deshab",
.driver_class = 6, /* DKM_CLASS_STORAGE */
.stage = 1,
@@ -110,6 +119,24 @@ static u32 g_chunk_max_sectors; /* 单命令扇区上限 (buffer/MDTS/NL
static int g_io_ready;
static int g_test_disk; /* LBA0 带 DESHABNVME0 签名的测试盘 */
/* ---- B7 阶段3: MSI 状态 ---- */
static int g_cfg_nvme_msi = 1; /* FUCK [drivers] nvme_msi, 默认 1 自动尝试 */
static int g_msi_enabled; /* MSI/MSI-X 编程成功且 handler 已注册 */
static int g_msix_mode; /* 1=MSI-X 表项模式, 0=MSI cap 模式 */
static int g_msi_vector = -1; /* 动态分配的 IDT 向量 (0x40-0xDF 池) */
/* 完成槽: 单 outstanding 前提下, handler 是唯一写者、提交侧是唯一读者,
* 且下一命令提交前不可能再有新 CQE, 故读-清无需互斥; valid 最后写/最先读,
* x86 TSO store-store / load-load 天然有序, nvme_mb 只挡编译器重排。 */
static volatile u32 g_slot_valid;
static volatile u32 g_slot_status; /* sc | (sct << 8), 0 = 成功 */
static volatile u32 g_slot_dw0; /* CQE dw0 (命令特定返回) */
static volatile u32 g_slot_cid; /* CQE dw3 低 16 位 CID, 提交侧比对防错位 */
static u64 g_msi_irq_count; /* MSI handler 进入次数 (投递证明) */
static u64 g_msi_slot_hits; /* 提交侧经完成槽完成的命令数 (中断路径) */
static u64 g_msi_poll_harvests; /* 提交侧 irqsave 手动摘取数 (轮询路径) */
static u64 g_msi_timeouts; /* 完成超时计数 (真故障, 非降级) */
static u64 g_msi_cid_mismatch; /* 摘到 CID 与提交 cid 不符的 CQE 计数 (队列错位警报) */
/* ---- 基础工具 ---- */
static void log_hex(const char *prefix, u64 value) {
@@ -149,6 +176,66 @@ static __inline__ void nvme_mb(void) {
__asm__ volatile("" ::: "memory");
}
/* 十进制打印 (MSI 计数器打点用, 比 hex 直观) */
static void log_dec(const char *prefix, u64 val) {
char buf[24];
u32 pos = 0;
if (!val) {
buf[pos++] = '0';
} else {
char tmp[20];
u32 n = 0;
while (val) { tmp[n++] = (char)('0' + (val % 10)); val /= 10; }
while (n) buf[pos++] = tmp[--n];
}
buf[pos] = 0;
g_log->info(prefix);
g_log->info(buf);
}
static int memeq(const char *a, const char *b, u32 n) {
for (u32 i = 0; i < n; i++) {
if (a[i] != b[i]) return 0;
}
return 1;
}
static u32 str_len(const char *s) {
u32 n = 0;
while (s[n]) n++;
return n;
}
/* 在 NUL 结尾字符串中查找子串 (boot module cmdline 匹配用) */
static int str_contains(const char *hay, const char *needle) {
u32 nlen = str_len(needle);
if (!nlen) return 1;
for (u32 i = 0; hay[i]; i++) {
u32 j = 0;
while (j < nlen && hay[i + j] && hay[i + j] == needle[j]) j++;
if (j == nlen) return 1;
}
return 0;
}
static void nvme_cpuid(u32 leaf, u32 *a, u32 *b, u32 *c, u32 *d) {
__asm__ volatile ("cpuid"
: "=a"(*a), "=b"(*b), "=c"(*c), "=d"(*d)
: "a"(leaf), "c"(0));
}
/* irqsave 临界区: 提交侧手动摘取 CQE 时屏蔽中断, 与 MSI handler 互斥。
* pushf/popf 配对恢复 IF — DSK 阶段 IF=0, 绝不能无条件 sti。 */
static __inline__ u64 nvme_irqsave(void) {
u64 flags;
__asm__ volatile("pushfq; popq %0; cli" : "=r"(flags) :: "memory");
return flags;
}
static __inline__ void nvme_irqrestore(u64 flags) {
__asm__ volatile("pushq %0; popfq" :: "r"(flags) : "memory", "cc");
}
static u32 mmio_read32(u32 off) {
return *(volatile u32 *)(void *)(g_regs + off);
}
@@ -204,6 +291,138 @@ static int nvme_find(u8 *out_bus, u8 *out_dev, u8 *out_func) {
return -1;
}
/* ---- FUCK 配置自解析 (与 apic.c 同一范式, 不依赖 UTSM ini_parser) ----
* UTSM 经 Limine boot module (cmdline="fuck:config") 预加载 FUCK;
* kernel_api.boot_modules_response 对所有 DKM 驱动可见。
* 此处只找 [drivers] 分区下的 nvme_msi 键; 缺失文件/键一律默认 1
* (自动尝试 MSI, 失败回轮询), 与无配置时行为一致。
*/
/* Limine boot module 最小类型 (与 apic.c / bootfs.c / UTSM limine.h 布局一致) */
struct limine_file_min {
u64 revision;
void *address;
u64 size;
char *path;
char *cmdline;
u32 media_type;
u32 unused;
u32 tftp_ip;
u32 tftp_port;
u32 partition_index;
u32 mbr_disk_id;
u8 gpt_disk_uuid[16];
u8 gpt_part_uuid[16];
u8 part_uuid[16];
};
struct limine_module_response_min {
u64 revision;
u64 module_count;
struct limine_file_min **modules;
};
/* 解析值 token: 支持 0/1/true/false/on/off/yes/no 及十进制整数 */
static int parse_scalar(const char *line, u64 start, u64 line_len, int defval) {
u64 i = start;
while (i < line_len && (line[i] == ' ' || line[i] == '\t')) i++;
u64 tok_start = i;
while (i < line_len && line[i] != ' ' && line[i] != '\t' &&
line[i] != '#' && line[i] != ';' && line[i] != '\r') i++;
u64 tok_len = i - tok_start;
const char *tok = line + tok_start;
if (!tok_len) return defval;
if (tok_len == 1 && tok[0] == '1') return 1;
if (tok_len == 1 && tok[0] == '0') return 0;
if (tok_len == 4 && memeq(tok, "true", 4)) return 1;
if (tok_len == 5 && memeq(tok, "false", 5)) return 0;
if (tok_len == 2 && memeq(tok, "on", 2)) return 1;
if (tok_len == 3 && memeq(tok, "off", 3)) return 0;
if (tok_len == 3 && memeq(tok, "yes", 3)) return 1;
if (tok_len == 2 && memeq(tok, "no", 2)) return 0;
int neg = 0;
u64 j = 0;
if (tok[0] == '-') { neg = 1; j = 1; }
int val = 0;
int any = 0;
for (; j < tok_len; j++) {
if (tok[j] < '0' || tok[j] > '9') return defval;
val = val * 10 + (tok[j] - '0');
any = 1;
}
if (!any) return defval;
return neg ? -val : val;
}
static int fuck_get_int(const char *text, u64 size,
const char *section, const char *key, int defval) {
u64 pos = 0;
int in_section = 0;
u32 slen = str_len(section);
u32 klen = str_len(key);
while (pos < size) {
u64 end = pos;
while (end < size && text[end] != '\n') end++;
u64 line_len = end - pos;
if (line_len > 0 && text[pos + line_len - 1] == '\r') line_len--;
const char *line = text + pos;
u64 i = 0;
while (i < line_len && (line[i] == ' ' || line[i] == '\t')) i++;
if (i < line_len) {
char c = line[i];
if (c == '#' || c == ';') {
/* 注释行, 跳过 */
} else if (c == '[') {
in_section = 0;
if (line_len >= (u64)(i + 1 + slen + 1) &&
memeq(line + i + 1, section, slen) &&
line[i + 1 + slen] == ']') {
in_section = 1;
}
} else if (in_section) {
if (line_len >= (u64)(i + klen) &&
memeq(line + i, key, klen)) {
u64 j = i + klen;
while (j < line_len && (line[j] == ' ' || line[j] == '\t')) j++;
if (j < line_len && line[j] == '=') {
return parse_scalar(line, j + 1, line_len, defval);
}
}
}
}
pos = end + 1;
}
return defval;
}
static void nvme_load_config(const struct dkm_kernel_api *api) {
/* 编译期默认: 自动尝试 MSI (任何前提缺失都会回退纯轮询, 零回归) */
g_cfg_nvme_msi = 1;
const struct limine_module_response_min *resp =
(const struct limine_module_response_min *)api->boot_modules_response;
if (!resp || !resp->modules) {
g_log->warn("[nvme] no boot modules; FUCK defaults in effect");
return;
}
for (u64 i = 0; i < resp->module_count; i++) {
struct limine_file_min *f = resp->modules[i];
if (!f || !f->cmdline || !f->address || !f->size) continue;
if (!str_contains(f->cmdline, "fuck:config")) continue;
g_cfg_nvme_msi = fuck_get_int((const char *)f->address, f->size,
"drivers", "nvme_msi", 1);
g_log->info("[nvme] FUCK config module found");
log_dec("[nvme] cfg nvme_msi=", (u64)g_cfg_nvme_msi);
return;
}
g_log->warn("[nvme] FUCK module (fuck:config) not found; defaults in effect");
}
/* ---- CSTS 等待 ---- */
static int nvme_wait_csts(u32 mask, u32 expect, u64 timeout_ms) {
@@ -229,6 +448,142 @@ static int nvme_wait_csts(u32 mask, u32 expect, u64 timeout_ms) {
/* 前向声明: nvme_dump_regs 在 nvme_submit 中使用 */
static void nvme_dump_regs(const char *ctx);
/* ---- B7 阶段3: IO CQ 完成摘取 (MSI handler 与提交侧轮询共用) ----
* 返回 1 = 摘到一枚 CQE; 0 = 无新完成。
* out_cid 返回 CQE dw3 低 16 位的命令 ID, 供调用方与提交 cid 比对 —
* 单 outstanding 模型下 CQ 任何时刻只应有当前命令的一枚 CQE, CID 不匹配
* 即队列状态错位的硬证据, 必须显式报错而非静默当作当前命令完成
* (route=0 曾观测 stress readback MISMATCH @0x9000, 疑 CQE 提前消费)。
* 并发模型: 单生产者(控制器 DMA 写 CQ) + 单逻辑消费者, 消费者有两个入口 ——
* 1. MSI handler (IRQ 上下文): 同一 vector 在 EOI 前不会被 LAPIC 再次
* 投递, handler 对同向量天然不可重入, 无需自锁;
* 2. 提交侧统一等待 (主上下文): 必须在 nvme_irqsave 临界区内调用,
* 屏蔽中断期间 handler 不可能插入, 消除 "phase 判定后、head 推进前
* 被 handler 抢摘同一 CQE" 的双消费竞态。
* head 推进 + CQ doorbell 只在此函数内发生, 是两个入口的唯一汇合点。
*/
static int nvme_iocq_harvest(u32 *out_status, u32 *out_dw0, u32 *out_cid) {
volatile u32 *cq = (volatile u32 *)g_iocq.virt;
u32 dw3 = cq[g_iocq_head * 4 + 3];
if (((dw3 >> 16) & 1u) != g_iocq_phase) return 0;
if (out_dw0) *out_dw0 = cq[g_iocq_head * 4 + 0];
if (out_cid) *out_cid = dw3 & 0xffffu;
u32 sc = (dw3 >> 17) & 0xffu;
u32 sct = (dw3 >> 25) & 0x7u;
/* SC 与 SCT 联合编码 (与 nvme_submit 经典路径同一约定):
* SCT!=0 且 SC==0 时只返回 sc 会被误判成功。 */
*out_status = sc | (sct << 8);
g_iocq_head = (g_iocq_head + 1) % IO_QSIZE;
if (g_iocq_head == 0) g_iocq_phase ^= 1u;
nvme_mb(); /* head 先于 doorbell 可见 */
mmio_write32(cq_head_db(1), g_iocq_head);
return 1;
}
/* MSI 中断 handler: 摘 CQE 进完成槽。
* 返回 1 = 自负 LAPIC EOI (抑制 idt_handler 的钩子补 EOI)。
* 为何自写 EOI 而不依赖钩子: MSI 是设备向 LAPIC 直投的消息中断,
* 投递路径不经过 IOAPIC/PIC, 与 apic_route 开关无关; 但 EOI 钩子只在
* route=1 时注册, route=0 下钩子为 NULL 会漏写 EOI — LAPIC ISR 位
* 残留将永久阻塞同优先级后续中断, MSI 静默退化为 one-shot。
* handler 内直写 LAPIC EOI 寄存器后返回 1, 两种路由模式下行为一致。
* LAPIC 未软件使能时该写为无害 no-op (此时 MSI 本就不会投递)。
* 地址取 x86 默认 LAPIC base 0xFEE00000 + EOI 偏移 0xB0 (QEMU/MADT
* 一致; SAS-R0 恒等映射覆盖 4G 以下, apic.drv 已实证可直访)。
* 时序说明: 即使提交侧轮询抢先摘走 CQE, 控制器中断信号早已发出,
* 本次 handler 仍会执行并计入 g_msi_irq_count — 投递证据不受竞态影响。 */
static int nvme_msi_handler(u8 vector) {
(void)vector;
g_msi_irq_count++;
u32 st = 0, dw0 = 0, cid = 0;
if (nvme_iocq_harvest(&st, &dw0, &cid)) {
g_slot_status = st;
g_slot_dw0 = dw0;
g_slot_cid = cid;
nvme_mb(); /* payload 先于 valid 对提交侧可见 */
g_slot_valid = 1;
}
*(volatile u32 *)(uintptr_t)0xFEE000B0u = 0; /* LAPIC EOI */
return 1;
}
/* IO 命令统一完成等待 (MSI 模式): 完成槽(中断路径)优先, irqsave 手动摘取
* (自适应轮询路径)兜底。MSI 健康时 handler 在 CQE 落盘瞬间填槽; MSI 未投递
* (LAPIC 未启用/IF=0/信号丢失) 时手动摘取沿原 phase 语义直接完成, 调用方
* 零感知。超时语义与经典路径一致 (CAP.TO*500ms*10, 下限 5s)。 */
static int nvme_io_wait_completion(u16 cid, u32 opcode, u32 *out_cqe_dw0) {
u64 submit_timeout_ms = g_timeout_ms * 10;
if (submit_timeout_ms < 5000) submit_timeout_ms = 5000;
u64 deadline = dkm_rdtsc() + dkm_tsc_per_ms * submit_timeout_ms;
for (;;) {
/* 中断路径: handler 已摘取 CQE 进完成槽 */
if (g_slot_valid) {
u32 st = g_slot_status;
u32 dw0 = g_slot_dw0;
u32 scid = g_slot_cid;
nvme_mb();
g_slot_valid = 0;
g_msi_slot_hits++;
if (scid != (u32)cid) {
/* CID 错位: 槽内 CQE 不属于本命令 — 队列状态已损,
* 显式报错并继续等真 CQE (超时兜底), 绝不静默当成功 */
g_msi_cid_mismatch++;
g_log->error("[nvme] CID mismatch (slot)");
log_hex("[nvme] expect cid=", cid);
log_hex("[nvme] got cid=", scid);
continue;
}
if (out_cqe_dw0) *out_cqe_dw0 = dw0;
if (st) {
g_log->error("[nvme] command failed (msi slot)");
log_hex("[nvme] opcode=", opcode);
log_hex("[nvme] cid=", cid);
log_hex("[nvme] status=", st);
return (int)st;
}
return 0;
}
/* 自适应轮询路径: irqsave 临界区内手动摘取 (与 handler 互斥) */
u32 st = 0, dw0 = 0, hcid = 0;
u64 flags = nvme_irqsave();
int got = nvme_iocq_harvest(&st, &dw0, &hcid);
nvme_irqrestore(flags);
if (got) {
g_msi_poll_harvests++;
if (hcid != (u32)cid) {
g_msi_cid_mismatch++;
g_log->error("[nvme] CID mismatch (poll)");
log_hex("[nvme] expect cid=", cid);
log_hex("[nvme] got cid=", hcid);
continue;
}
if (out_cqe_dw0) *out_cqe_dw0 = dw0;
if (st) {
g_log->error("[nvme] command failed");
log_hex("[nvme] opcode=", opcode);
log_hex("[nvme] cid=", cid);
log_hex("[nvme] status=", st);
return (int)st;
}
return 0;
}
if (dkm_rdtsc() > deadline) {
g_msi_timeouts++;
g_log->error("[nvme] completion timeout (msi mode)");
log_hex("[nvme] opcode=", opcode);
log_hex("[nvme] cid=", cid);
nvme_dump_regs("completion timeout");
return -100;
}
__asm__ volatile("pause");
}
}
/* ---- 命令提交(同步轮询, 单 outstanding) ----
* dw[16] 为完整 SQE(dw0 低 16 位不含 CID, 由本函数填入)。
* 返回 0 成功;>0 = NVMe status code;<0 超时/内部错误。
@@ -239,6 +594,10 @@ static int nvme_submit(volatile u32 *sq, u32 *sq_tail, u16 sq_qid,
dw[0] = (dw[0] & 0xffffu) | ((u32)g_cid << 16);
u32 cid = g_cid;
g_cid++;
/* CID=0 保留不用: QEMU 在 MSI-X unmask 边界会向 IO CQ 补投一枚
* CID=0/phase 正确/status 成功的幽灵 CQE (实测稳定复现), g_cid 回绕
* 跳过 0 可保证该幽灵 CQE 永远被 CID 校验拒绝, 绝无误判窗口。 */
if (g_cid == 0) g_cid = 1;
/* 逐 dword 写入 SQE(64B),避免 freestanding 下编译器生成 memcpy 调用 */
u32 pos = *sq_tail;
@@ -248,6 +607,13 @@ static int nvme_submit(volatile u32 *sq, u32 *sq_tail, u16 sq_qid,
nvme_mb(); /* SQ 内容先于 doorbell 可见 */
mmio_write32(sq_tail_db(sq_qid), *sq_tail);
/* B7 阶段3: IO 队列 MSI 模式 → 完成槽 + irqsave 摘取统一等待。
* admin 队列保持纯轮询 (仅 init 期使用, 且 INTMC 解除前 IV0 处于
* 屏蔽态, admin 完成不会触发 MSI)。 */
if (cq_qid == 1 && g_msi_enabled) {
return nvme_io_wait_completion(cid, dw[0] & 0xffu, out_cqe_dw0);
}
/* 真机超时: 使用 CAP.TO * 500ms * 10 (留 10 倍余量), 下限 5s。
* 真机 NVMe 控制器在重负载下可能需要更长的完成时间。 */
u64 submit_timeout_ms = g_timeout_ms * 10;
@@ -371,19 +737,277 @@ static int nvme_identify_namespace(u32 nsid, u64 *out_nsze, u32 *out_lbads) {
return 0;
}
/* ---- B7 阶段3: PCI MSI 能力编程 ----
* MSI cap (ID 0x05) 布局:
* +0x00 u8 Cap ID (=0x05) +0x01 u8 Next Ptr
* +0x02 u16 Message Control: bit0 Enable, bit[3:1] MMC(可申请向量数-1),
* bit[6:4] MME(已分配向量数-1), bit7 64-bit Capable, bit8 PVM
* +0x04 u32 Message Address
* 64-bit 时: +0x08 u32 Message Upper Address, +0x0C u16 Message Data
* 32-bit 时: +0x08 u16 Message Data
* PVM(bit8)=1 时另有 Mask/Pending 寄存器, 复位值 0 (全部 unmask)。
* x86 LAPIC 投递公式 (physical destination, fixed delivery):
* Address = 0xFEE00000 | (dest_apic_id << 12) (RH=0, DM=0)
* Data = vector | (0<<8 delivery=fixed) (level/trigger 对 MSI 无效)
*/
#define PCI_CAP_ID_MSI 0x05
#define PCI_CAP_ID_MSIX 0x11
#define PCI_STATUS_CAPLIST 0x10u
static int nvme_find_pci_cap(u8 bus, u8 dev, u8 func, u8 cap_id) {
u32 reg04 = dkm_pci_read(bus, dev, func, PCI_COMMAND);
if (!((reg04 >> 16) & PCI_STATUS_CAPLIST)) return -1; /* Status.CapList=0 */
u8 ptr = (u8)(dkm_pci_read(bus, dev, func, PCI_CAP_PTR) & 0xFC);
int guard = 0;
while (ptr && guard++ < 64) { /* guard 防配置空间坏链死循环 */
u32 dw = dkm_pci_read(bus, dev, func, ptr);
u8 id = (u8)(dw & 0xff);
u8 next = (u8)((dw >> 8) & 0xff);
log_hex("[nvme] pci cap id=", id);
log_hex("[nvme] pci cap at=", ptr);
if (id == cap_id) return (int)ptr;
ptr = next & 0xFC;
}
return -1;
}
/* MSI cap (0x05) 编程路径: 成功返回 1, cap 缺失或失败返回 0。
* 失败路径完整回滚 (恢复 msg_ctl + 释放向量), 不留半编程状态。 */
static int nvme_msi_program(const struct dkm_kernel_api *api,
u8 bus, u8 dev, u8 func) {
int cap = nvme_find_pci_cap(bus, dev, func, PCI_CAP_ID_MSI);
if (cap < 0) {
g_log->info("[nvme] MSI capability not present");
return 0;
}
u32 cdw = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap);
u32 msg_ctl = (cdw >> 16) & 0xffffu;
int cap64 = (int)((msg_ctl >> 7) & 1u);
int pvm = (int)((msg_ctl >> 8) & 1u);
log_hex("[nvme] MSI msg_ctl=", msg_ctl);
log_hex("[nvme] MSI 64bit=", (u64)cap64);
log_hex("[nvme] MSI pvm=", (u64)pvm);
/* 动态向量: UTSM 位图池 0x40-0xDF, 与静态向量 (tick 0xE0/spurious 0xFF)
* 及 legacy PIC 段 (0x20-0x2F) 无交叠。 */
int vector = api->irq_vector_alloc();
if (vector < 0 || vector > 255) {
g_log->warn("[nvme] MSI: vector alloc failed; polling");
return 0;
}
log_dec("[nvme] MSI vector=", (u64)vector);
/* 目的 APIC ID: CPUID.1:EBX[31:24] = BSP initial APIC ID (QEMU=0) */
u32 ca, cb, cc_, cd;
nvme_cpuid(1, &ca, &cb, &cc_, &cd);
(void)ca; (void)cc_; (void)cd;
u32 dest = (cb >> 24) & 0xffu;
log_hex("[nvme] MSI dest apic id=", dest);
u32 addr = 0xFEE00000u | (dest << 12);
u32 data = (u32)vector & 0xffu; /* fixed delivery, edge */
/* 先写 Address/Data, 最后置 Enable — 避免半成品消息被发出 */
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)(cap + 4), addr);
if (cap64) {
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)(cap + 8), 0); /* upper addr */
u32 dw = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)(cap + 12));
dw = (dw & 0xffff0000u) | data; /* data 为低 u16 */
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)(cap + 12), dw);
} else {
u32 dw = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)(cap + 8));
dw = (dw & 0xffff0000u) | data;
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)(cap + 8), dw);
}
/* Message Control: MME=0 (单向量), Enable=1; 低 u16 (id/next) 回写原值 */
u32 mc = msg_ctl;
mc &= ~(0x7u << 4); /* MME=0 → 1 vector */
mc |= 1u; /* MSI Enable */
cdw = (cdw & 0x0000ffffu) | (mc << 16);
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)cap, cdw);
/* PVM: 显式清 mask bit0 (复位值即为 0, 此处防御性 RMW) */
if (pvm) {
int mask_off = cap64 ? cap + 16 : cap + 12;
u32 mask = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)mask_off);
mask &= ~1u;
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)mask_off, mask);
log_hex("[nvme] MSI mask cleared=", mask);
}
/* 回读验证: Enable 置位 + Address/Data 与编程值一致 */
u32 rb_ctl = (dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap) >> 16) & 0xffffu;
u32 rb_addr = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)(cap + 4));
u32 rb_data = dkm_pci_read(bus, dev, func,
(u8)(cap64 ? cap + 12 : cap + 8)) & 0xffffu;
log_hex("[nvme] MSI readback ctl=", rb_ctl);
log_hex("[nvme] MSI readback addr=", rb_addr);
log_hex("[nvme] MSI readback data=", rb_data);
if (!(rb_ctl & 1u) || rb_addr != addr || (rb_data & 0xffu) != data) {
g_log->warn("[nvme] MSI: readback mismatch; rolling back");
u32 rb = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap);
rb = (rb & 0x0000ffffu) | (msg_ctl << 16); /* 恢复原 msg_ctl */
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)cap, rb);
api->irq_vector_free(vector);
return 0;
}
/* 注册 handler (irq_register 已接受向量命名空间, >0x2F 直挂分发表) */
api->irq_register((u8)vector, (void *)(uintptr_t)nvme_msi_handler);
g_msi_enabled = 1;
g_msi_vector = vector;
g_log->info("[nvme] MSI enabled (IO CQ IEN=1, IV=0)");
return 1;
}
/* 按 BIR 读取 BAR 物理基址 (处理 64-bit BAR; IO BAR 返回 0) */
static u64 nvme_bar_phys(u8 bus, u8 dev, u8 func, u32 bir) {
u8 reg = (u8)(PCI_BAR0 + bir * 4u);
u32 lo = dkm_pci_read(bus, dev, func, reg);
if (lo & 1u) return 0; /* IO BAR */
if ((lo & 0x6u) == 0x4u) { /* 64-bit MMIO BAR */
u32 hi = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)(reg + 4));
return ((u64)hi << 32) | (u64)(lo & 0xFFFFFFF0u);
}
return (u64)(lo & 0xFFFFFFF0u);
}
/* MSI-X cap (0x11) 编程路径: 成功返回 1, cap 缺失或失败返回 0。
* QEMU nvme 只暴露 MSI-X (无 0x05), 本路径是 QEMU 下中断驱动化的唯一通道。
* 与 MSI 的差异仅在消息存储位置: MSI-X 的 addr/data 存放在 BAR 内的
* 表项 (16B/项), 需先把表区 MMIO 映射进 CPU 地址空间再编程 entry 0。
* 失败路径完整回滚 (清 Enable + 表项重新 mask + 释放向量)。 */
static int nvme_msix_program(const struct dkm_kernel_api *api,
u8 bus, u8 dev, u8 func) {
int cap = nvme_find_pci_cap(bus, dev, func, PCI_CAP_ID_MSIX);
if (cap < 0) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X capability not present; polling");
return 0;
}
if (!api->mm_map_mmio) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: mm_map_mmio unavailable; polling");
return 0;
}
u32 cdw = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap);
u32 msg_ctl = (cdw >> 16) & 0xffffu;
u32 table_size = (msg_ctl & 0x7ffu) + 1u; /* N-1 encoded */
u32 tbl_dw = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)(cap + 4));
u32 bir = tbl_dw & 7u;
u32 tbl_off = tbl_dw & ~7u;
log_hex("[nvme] MSI-X msg_ctl=", msg_ctl);
log_dec("[nvme] MSI-X table size=", table_size);
log_hex("[nvme] MSI-X table BIR=", bir);
log_hex("[nvme] MSI-X table offset=", tbl_off);
if (bir > 5u) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: invalid BIR; polling");
return 0;
}
u64 bar_phys = nvme_bar_phys(bus, dev, func, bir);
if (!bar_phys) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: table BAR invalid; polling");
return 0;
}
u64 tbl_phys = bar_phys + tbl_off;
log_hex("[nvme] MSI-X table BAR phys=", bar_phys);
log_hex("[nvme] MSI-X table phys=", tbl_phys);
/* 映射表区首页 (含 entry0 的 16B)。mm_map_mmio 返回含页内偏移的指针,
* 页属性 PCD|PWT (UC), MSI-X 表访问不要求 cache 一致性操作。 */
volatile u32 *tbl = (volatile u32 *)api->mm_map_mmio(tbl_phys, 4096);
if (!tbl) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: table MMIO map failed; polling");
return 0;
}
int vector = api->irq_vector_alloc();
if (vector < 0 || vector > 255) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: vector alloc failed; polling");
return 0;
}
log_dec("[nvme] MSI-X vector=", (u64)vector);
u32 ca, cb, cc_, cd;
nvme_cpuid(1, &ca, &cb, &cc_, &cd);
(void)ca; (void)cc_; (void)cd;
u32 dest = (cb >> 24) & 0xffu;
u32 addr = 0xFEE00000u | (dest << 12);
/* 先写表项 (addr/data/mask=0), 再置 cap Enable — 避免半成品消息 */
volatile u32 *e = tbl; /* entry 0 */
e[0] = addr; /* Msg Addr Lo */
e[1] = 0; /* Msg Addr Hi */
e[2] = (u32)vector & 0xffu; /* Msg Data = 向量 */
e[3] = 0; /* Vector Control: unmask */
nvme_mb();
u32 nc = (msg_ctl | 0x8000u) & ~(1u << 14); /* Enable=1, FunctionMask=0 */
cdw = (cdw & 0x0000ffffu) | (nc << 16);
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)cap, cdw);
/* 回读验证: cap Enable + 表项 addr/data/mask 与编程值一致 */
u32 rb_ctl = (dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap) >> 16) & 0xffffu;
u32 rb_a0 = e[0], rb_a1 = e[1], rb_d = e[2], rb_vc = e[3];
log_hex("[nvme] MSI-X readback ctl=", rb_ctl);
log_hex("[nvme] MSI-X readback entry addr=", ((u64)rb_a1 << 32) | rb_a0);
log_hex("[nvme] MSI-X readback entry data=", rb_d);
log_hex("[nvme] MSI-X readback entry vctl=", rb_vc);
if (!(rb_ctl & 0x8000u) || rb_a0 != addr || rb_a1 != 0 ||
(rb_d & 0xffu) != ((u32)vector & 0xffu) || (rb_vc & 1u)) {
g_log->warn("[nvme] MSI-X: readback mismatch; rolling back");
u32 rb = dkm_pci_read(bus, dev, func, (u8)cap);
rb = (rb & 0x0000ffffu) | (msg_ctl << 16); /* 恢复原 msg_ctl */
dkm_pci_write(bus, dev, func, (u8)cap, rb);
e[3] = 1; /* 表项重新 mask */
api->irq_vector_free(vector);
return 0;
}
api->irq_register((u8)vector, (void *)(uintptr_t)nvme_msi_handler);
g_msi_enabled = 1;
g_msix_mode = 1;
g_msi_vector = vector;
g_log->info("[nvme] MSI-X enabled (table entry0, IO CQ IEN=1, IV=0)");
return 1;
}
/* 中断驱动化入口: 先 MSI (0x05), 缺则 MSI-X (0x11), 皆不可则纯轮询。
* 前提检查集中在此; 两条编程路径各自保证失败完整回滚。 */
static int nvme_msi_setup(const struct dkm_kernel_api *api,
u8 bus, u8 dev, u8 func) {
if (!g_cfg_nvme_msi) {
g_log->info("[nvme] MSI disabled by FUCK (nvme_msi=0); polling mode");
return 0;
}
if (!api->irq_vector_alloc || !api->irq_vector_free || !api->irq_register) {
g_log->warn("[nvme] MSI: kernel vector allocator unavailable; polling");
return 0;
}
if (nvme_msi_program(api, bus, dev, func)) return 1;
return nvme_msix_program(api, bus, dev, func);
}
/* ---- IO queue 创建 ---- */
static int nvme_create_io_queues(void) {
u32 dw[16];
/* Create IO CQ (qid=1): PC=1, IEN=0 (轮询模式)
* CDW10 = QSIZE[31:16](0's based) | QID[15:0] —— QID 必须在低半字 */
/* Create IO CQ (qid=1): PC=1; MSI 就绪时 IEN=1 + IV=0
* CDW10 = QSIZE[31:16](0's based) | QID[15:0] —— QID 必须在低半字
* CDW11 = IV[31:16] | IEN[1] | PC[0] —— IV=0 与 INTMS/INTMC bit0 对应 */
nvme_zero(dw, sizeof(dw));
dw[0] = NVME_ADM_CREATE_IOCQ;
dw[6] = (u32)(g_iocq.phys & 0xffffffffu);
dw[7] = (u32)(g_iocq.phys >> 32);
dw[10] = ((u32)(IO_QSIZE - 1u) << 16) | 1u;
dw[11] = 1;
dw[11] = 1u;
if (g_msi_enabled) dw[11] = 1u | (1u << 1); /* PC=1, IEN=1, IV=0 */
log_hex("[nvme] create IOCQ CDW11=", dw[11]);
int rc = nvme_admin_submit(dw, 0);
if (rc != 0) {
g_log->error("[nvme] create IO CQ failed");
@@ -586,6 +1210,61 @@ static void nvme_selftest_rw(u64 lba, u32 sectors) {
g_log->info("[nvme] write+flush+readback verify OK");
}
/* B7 阶段3 压测: 128 扇区 (64KiB, PRP list 路径) × 50 次 写+读。
* 统计总耗时与 MSI 计数器增量, 供中断/轮询两模式粗粒度对比。
* 仅签名测试盘运行 (写 LBA3000 起的 50 个块, 不碰 LBA0 签名区)。 */
static void nvme_selftest_stress(void) {
static u8 wbuf[65536];
static u8 rbuf[65536];
for (u32 i = 0; i < sizeof(wbuf); i++) wbuf[i] = (u8)(i * 17u + 3u);
u64 irq0 = g_msi_irq_count, slot0 = g_msi_slot_hits, poll0 = g_msi_poll_harvests;
u64 t0 = dkm_rdtsc();
u32 fails = 0;
for (u32 i = 0; i < 50; i++) {
u64 lba = 3000 + (u64)i * 128;
if (nvme_block_write(0, lba, 128, wbuf) != 0) { fails++; break; }
if (nvme_block_read(0, lba, 128, rbuf) != 0) { fails++; break; }
}
u64 elapsed_ms = dkm_tsc_per_ms ? (dkm_rdtsc() - t0) / dkm_tsc_per_ms : 0;
/* 末次读回全量校验 (数据通路在 MSI 模式下完整性证明) */
if (!fails) {
for (u32 i = 0; i < sizeof(wbuf); i++) {
if (rbuf[i] != wbuf[i]) {
g_log->error("[nvme] stress readback MISMATCH");
log_hex("[nvme] first bad idx=", i);
log_hex("[nvme] expect=", wbuf[i]);
log_hex("[nvme] actual=", rbuf[i]);
log_hex("[nvme] cq head=", g_iocq_head);
log_hex("[nvme] cq phase=", g_iocq_phase);
log_hex("[nvme] slot valid=", g_slot_valid);
fails++;
break;
}
}
}
log_dec("[nvme] stress 50x(128sec W+R) ms=", elapsed_ms);
log_dec("[nvme] stress fails=", fails);
log_dec("[nvme] stress irq delta=", g_msi_irq_count - irq0);
log_dec("[nvme] stress slot delta=", g_msi_slot_hits - slot0);
log_dec("[nvme] stress poll delta=", g_msi_poll_harvests - poll0);
if (!fails) g_log->info("[nvme] stress verify OK");
}
static void nvme_msi_stats_dump(const char *tag) {
g_log->info(tag);
log_dec("[nvme] msi enabled=", (u64)g_msi_enabled);
log_dec("[nvme] msix mode=", (u64)g_msix_mode);
log_dec("[nvme] msi vector=", (u64)(g_msi_vector < 0 ? 0 : g_msi_vector));
log_dec("[nvme] msi irq count=", g_msi_irq_count);
log_dec("[nvme] msi slot hits=", g_msi_slot_hits);
log_dec("[nvme] msi poll harvests=", g_msi_poll_harvests);
log_dec("[nvme] msi timeouts=", g_msi_timeouts);
log_dec("[nvme] msi cid mismatch=", g_msi_cid_mismatch);
}
/* ---- 真机诊断: dump 关键寄存器 ---- */
static void nvme_dump_regs(const char *ctx) {
@@ -673,6 +1352,7 @@ int driver_init(const struct dkm_kernel_api *api,
dkm_instr_init(api);
g_log->info("[nvme] init begin");
nvme_load_config(api);
u8 bus = 0, dev = 0, func = 0;
if (nvme_find(&bus, &dev, &func) != 0) {
@@ -867,6 +1547,9 @@ dma_ok:
log_hex("[nvme] chunk max sectors=", g_chunk_max_sectors);
}
/* ---- B7 阶段3: IO queue 创建前尝试 MSI (任何前提缺失回退纯轮询) ---- */
nvme_msi_setup(api, bus, dev, func);
/* ---- IO queue ---- */
if (nvme_create_io_queues() != 0) {
g_log->error("[nvme] IO queue creation failed");
@@ -876,6 +1559,13 @@ dma_ok:
g_io_ready = 1;
g_log->info("[nvme] IO queue live");
/* MSI 就绪: INTMC 解除 IV0 屏蔽 (此前 IV0 保持屏蔽, admin 完成不产生
* MSI; 此后 IO CQ 每次完成经 MSI 投递到 g_msi_vector) */
if (g_msi_enabled) {
mmio_write32(NVME_INTMC, 1u);
log_hex("[nvme] INTMC unmask IV0, INTMS=", mmio_read32(NVME_INTMS));
}
/* ---- LBA0 读取验证 ---- */
{
int rc = nvme_io_rw(NVME_IO_READ, 0, 1, g_data.phys);
@@ -921,6 +1611,7 @@ dma_ok:
nvme_selftest_read_multipage(); /* 32 扇区 16KiB: PRP list 读 */
nvme_selftest_rw(1000, 16); /* 8KiB: PRP2 直连 (2 页) 写+读回 */
nvme_selftest_rw(2000, 32); /* 16KiB: PRP list (4 页) 写+读回 */
nvme_selftest_stress(); /* B7: 128 扇区×50 压测 + MSI 计数 */
if (nvme_lba0_sig_ok()) {
g_log->info("[nvme] LBA0 sig intact after write tests");
} else {
@@ -930,6 +1621,8 @@ dma_ok:
g_log->info("[nvme] not a test disk; write self-test skipped");
}
nvme_msi_stats_dump("[nvme] --- MSI stats ---");
g_log->info("[nvme] driver ready");
return 0;
}