tawasuyu/brahman

1// =============================================================================
2//  renaser :: kernel/src/drivers/red.rs — Fase 18 :: virtio-net
3// -----------------------------------------------------------------------------
4//  El kernel deja de hablar solo consigo mismo. Con el mismo patron del disco
5//  —enumerar PCI, montar el transporte de virtio, ceder a `virtio-drivers` el
6//  diálogo de bajo nivel— renaser abre una boca y una oreja al exterior: una
7//  tarjeta de red virtio.
8//
9//  En esta primera version el kernel envia un ARP request al gateway de
10//  QEMU (10.0.2.2) en cuanto arranca, y registra por COM1 cada paquete que
11//  recibe. No hay pila TCP/IP — solo ethernet crudo. El proximo paso natural
12//  seria una capa de capacidades `sys_net_*` para que los apps tambien
13//  hablen, pero esa es otra fase.
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16use core::sync::atomic::{AtomicU64, AtomicU8, Ordering};
17
18use spin::{Mutex, Once};
19use virtio_drivers::device::net::VirtIONet;
20use virtio_drivers::transport::pci::bus::{Command, DeviceFunction, PciRoot};
21use virtio_drivers::transport::pci::PciTransport;
22use x86_64::instructions::interrupts;
23
24use super::disco::KernelHal;
25use super::pci::CamPuertos;
26
27/// Vendor ID de VirtIO; Device IDs de un dispositivo de red (legacy + modern).
28const VENDOR_VIRTIO: u16 = 0x1AF4;
29const VIRTIO_NET_IDS: [u16; 2] = [0x1000, 0x1041];
30
31/// Tamaño maximo de paquete que reservamos por bufer (MTU 1500 + algo de holgura
32/// para cabeceras virtio y futuras VLAN).
33const PAQUETE_MAX: usize = 1600;
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35/// Profundidad de las colas RX y TX. 16 es pequeño pero suficiente para el
36/// trafico de un demo.
37const PROFUNDIDAD_COLA: usize = 16;
38
39/// EtherType experimental (rango 0x88B5-0x88B6, reservado por IEEE para uso
40/// local). renaser lo usaria si quisiera definir su propio protocolo.
41pub const ETHER_TYPE_RENASER: u16 = 0x88B5;
42/// EtherType de ARP.
43pub const ETHER_TYPE_ARP: u16 = 0x0806;
44
45/// Direccion fisica de la tarjeta de red, en seis bytes MAC.
46pub type Mac = [u8; 6];
47
48/// IP de la maquina renaser, en QEMU user-mode networking (10.0.2.0/24).
49pub const IP_RENASER: [u8; 4] = [10, 0, 2, 15];
50/// IP del gateway que QEMU expone hacia el host.
51pub const IP_GATEWAY: [u8; 4] = [10, 0, 2, 2];
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53/// La tarjeta de red, ya montada. Envuelve a `VirtIONet` para que pueda vivir
54/// en un `static`.
55struct Tarjeta(VirtIONet<KernelHal, PciTransport, PROFUNDIDAD_COLA>);
56
57// SEGURIDAD: `Tarjeta` encierra punteros crudos a las colas virtio y al MMIO
58// del dispositivo. renaser es de un solo nucleo y todo acceso a la tarjeta se
59// serializa tras el `Mutex` global. Los accesos cooperativos se hacen con las
60// interrupciones acalladas para que la IRQ del dispositivo jamas las dispute.
61unsafe impl Send for Tarjeta {}
62
63/// La tarjeta global. Se monta una sola vez, en `montar`.
64static TARJETA: Once<Mutex<Tarjeta>> = Once::new();
65
66/// La direccion MAC que el dispositivo nos asigno, cacheada para consulta.
67static MAC: Once<Mac> = Once::new();
68
69/// La linea de IRQ asignada al dispositivo por el firmware.
70static IRQ_RED: AtomicU8 = AtomicU8::new(0);
71
72/// Cuenta de paquetes recibidos desde el arranque.
73static PAQUETES_RX: AtomicU64 = AtomicU64::new(0);
74/// Cuenta de paquetes transmitidos desde el arranque.
75static PAQUETES_TX: AtomicU64 = AtomicU64::new(0);
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78//  Montaje
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81/// Enumera el bus PCI, localiza el virtio-net, monta su transporte moderno y
82/// lo deja tras el `Mutex` global. Descubre su linea de IRQ y la enruta.
83/// Devuelve la MAC que el dispositivo nos confiere. Toda falla se devuelve.
84pub fn montar() -> Result<Mac, &'static str> {
85    let mut raiz = PciRoot::new(CamPuertos);
86
87    // 1. Localizar el primer virtio-net en el bus.
88    let mut hallado: Option<DeviceFunction> = None;
89    'busqueda: for bus in 0..=255u8 {
90        for (device_function, info) in raiz.enumerate_bus(bus) {
91            if info.vendor_id == VENDOR_VIRTIO && VIRTIO_NET_IDS.contains(&info.device_id) {
92                hallado = Some(device_function);
93                break 'busqueda;
94            }
95        }
96    }
97    let device_function = hallado.ok_or("virtio-net no hallado en el bus PCI")?;
98
99    // 2. Habilitar E/S, MMIO y BUS-MASTER en la configuracion PCI.
100    raiz.set_command(
101        device_function,
102        Command::IO_SPACE | Command::MEMORY_SPACE | Command::BUS_MASTER,
103    );
104
105    // 3. Montar el transporte PCI moderno y el dispositivo de red.
106    let transporte = PciTransport::new::<KernelHal, _>(&mut raiz, device_function)
107        .map_err(|_| "no se pudo montar el transporte PCI de virtio-net")?;
108    let mut nic =
109        VirtIONet::<KernelHal, _, PROFUNDIDAD_COLA>::new(transporte, PAQUETE_MAX)
110            .map_err(|_| "no se pudo inicializar el dispositivo virtio-net")?;
111
112    let mac = nic.mac_address();
113    nic.enable_interrupts();
114
115    TARJETA.call_once(|| Mutex::new(Tarjeta(nic)));
116    MAC.call_once(|| mac);
117
118    // 4. Descubrir la linea de IRQ y enrutarla.
119    let irq = super::pci::linea_irq(device_function);
120    if (2..=15).contains(&irq) {
121        crate::interrupts::registrar_irq_red(irq);
122        crate::pic::desenmascarar(irq);
123        IRQ_RED.store(irq, Ordering::SeqCst);
124    }
125
126    Ok(mac)
127}
128
129// =============================================================================
130//  IRQ
131// =============================================================================
132
133/// Punto de entrada DESDE el manejador de IRQ de la red. Acknowledge en el
134/// dispositivo —para que la linea baje— y se sale.
135pub fn atender_irq() {
136    if let Some(tarjeta) = TARJETA.get() {
137        // SEGURIDAD: en contexto de IRQ las interrupciones ya estan acalladas;
138        // tomar el cerrojo aqui no puede interbloquear con las tareas, que
139        // siempre lo toman con `interrupts::without_interrupts`.
140        let _ = tarjeta.lock().0.ack_interrupt();
141    }
142}
143
144/// La linea de IRQ del dispositivo, si el firmware enruto una util.
145pub fn irq() -> Option<u8> {
146    let v = IRQ_RED.load(Ordering::SeqCst);
147    if v == 0 {
148        None
149    } else {
150        Some(v)
151    }
152}
153
154// =============================================================================
155//  Consulta y E/S — la interfaz para las tareas cooperativas
156// =============================================================================
157
158/// La MAC del dispositivo. `None` si la tarjeta aun no se ha montado.
159#[allow(dead_code)]
160pub fn mac() -> Option<Mac> {
161    MAC.get().copied()
162}
163
164/// Numero de paquetes recibidos desde el arranque.
165#[allow(dead_code)]
166pub fn paquetes_rx() -> u64 {
167    PAQUETES_RX.load(Ordering::Relaxed)
168}
169
170/// Numero de paquetes transmitidos desde el arranque.
171#[allow(dead_code)]
172pub fn paquetes_tx() -> u64 {
173    PAQUETES_TX.load(Ordering::Relaxed)
174}
175
176/// Envia un frame Ethernet crudo (cabecera + payload, sin CRC — el dispositivo
177/// se la añade). El llamante construye el frame entero.
178pub fn enviar(frame: &[u8]) -> Result<(), &'static str> {
179    let tarjeta = TARJETA.get().ok_or("red no montada")?;
180    interrupts::without_interrupts(|| {
181        let mut tarjeta = tarjeta.lock();
182        let mut tx = tarjeta.0.new_tx_buffer(frame.len());
183        tx.packet_mut().copy_from_slice(frame);
184        tarjeta.0.send(tx).map_err(|_| "envio fallido")?;
185        PAQUETES_TX.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
186        Ok(())
187    })
188}
189
190/// Drena los paquetes RX pendientes y aplica `callback` a cada uno. Cada
191/// bufer se recicla a la cola RX al terminar — el dispositivo tiene siempre
192/// receptores listos para la proxima IRQ.
193pub fn drenar_rx<F: FnMut(&[u8])>(mut callback: F) {
194    let Some(tarjeta) = TARJETA.get() else {
195        return;
196    };
197    interrupts::without_interrupts(|| {
198        let mut tarjeta = tarjeta.lock();
199        loop {
200            if !tarjeta.0.can_recv() {
201                break;
202            }
203            let rx = match tarjeta.0.receive() {
204                Ok(r) => r,
205                Err(_) => break,
206            };
207            callback(rx.packet());
208            let _ = tarjeta.0.recycle_rx_buffer(rx);
209            PAQUETES_RX.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
210        }
211    });
212}
213
214// =============================================================================
215//  Composicion de un ARP request — el primer paquete que renaser saluda
216// =============================================================================
217
218/// Compone un frame Ethernet con una peticion ARP que pregunta por la MAC del
219/// host `objetivo_ip`. El gateway de QEMU lo responde — su replica entra por
220/// la cola RX y se registra en COM1 desde la tarea cooperativa de la red.
221pub fn componer_arp_request(
222    nuestro_mac: Mac,
223    nuestro_ip: [u8; 4],
224    objetivo_ip: [u8; 4],
225) -> [u8; 42] {
226    let mut frame = [0u8; 42];
227    // Cabecera Ethernet.
228    frame[0..6].copy_from_slice(&[0xff; 6]); // destino: broadcast
229    frame[6..12].copy_from_slice(&nuestro_mac);
230    frame[12..14].copy_from_slice(&ETHER_TYPE_ARP.to_be_bytes());
231    // Payload ARP (28 bytes).
232    frame[14..16].copy_from_slice(&1u16.to_be_bytes()); // HW type: Ethernet
233    frame[16..18].copy_from_slice(&0x0800u16.to_be_bytes()); // proto: IPv4
234    frame[18] = 6; // HW len
235    frame[19] = 4; // proto len
236    frame[20..22].copy_from_slice(&1u16.to_be_bytes()); // opcode: REQUEST
237    frame[22..28].copy_from_slice(&nuestro_mac); // sender MAC
238    frame[28..32].copy_from_slice(&nuestro_ip); // sender IP
239                                                  // bytes 32..38: target MAC, se quedan a cero
240    frame[38..42].copy_from_slice(&objetivo_ip); // target IP
241    frame
242}