千兆网卡 DMA 收包全流程¶

初始化契约¶

驱动先恢复 MAC/PHY Power Domain，打开 AXI/Core/Reference Clock，释放 DMA、MAC 和 PHY Reset。MDIO 读取 PHY ID，启动 Auto-negotiation；Link Up 后取得 Speed/Duplex。驱动配置 DMA Mask/IOMMU，分配 Coherent Descriptor Ring，为每个 RX Slot 分配并 Map Buffer，发布 Ownership，最后使能 NAPI、中断和 RX DMA。

数据路径¶

flowchart LR
    W["网线物理信号 (wire symbols)"] --> PHY["以太网 PHY 芯片"]
    PHY --> MAC["MAC 控制器"]
    MAC --> F["RX FIFO 缓冲"]
    F --> D["DMA Engine"]
    D --> S["SMMU: IOVA 到 PA 转换"]
    S --> N["AXI/NoC 总线互联"]
    N --> DDR["DDR 内存"]
    DDR --> C["CPU Cache 视图"]
    C --> NAPI["Linux NAPI 轮询调度"]
    NAPI --> SKB["sk_buff 结构体"]
    SKB --> IP["TCP/IP 网络协议栈"]
    IP --> Sock["Socket 接收队列"]
    Sock --> App["用户态应用程序 (read/recv)"]

PHY 恢复时钟并解码线路；MAC 校验 Preamble、长度和 CRC，执行地址/VLAN 过滤；FIFO 吸收线速与 DMA 间瞬时差异。DMA 读取 Descriptor 中的 IOVA，经 SMMU 转为 PA，通过 NoC 写 DDR，再写 Packet Length、Checksum 和 Ownership。

完成路径¶

达到 Coalescing 阈值后 MAC/DMA 置 Raw Status。若使用线中断，信号进入 GIC SPI；PCIe 网卡则发 MSI-X，ITS 将 DeviceID/EventID 翻译为 LPI。CPU ISR 读取状态、屏蔽该 Queue IRQ 并调度 NAPI。NAPI Poll 在 Budget 内批量收包，执行 DMA Sync，构造/复用 SKB，交给 GRO 与协议栈，再补充 RX Buffer；Ring 清空后重新开中断。

内存顺序¶

设备必须先完成 Payload，后归还 Descriptor Ownership。CPU 观察到 Ownership 后执行 dma_rmb()，再读长度和 Payload。补充 Buffer 时 CPU 先写地址/长度，dma_wmb() 后交 Ownership，最终更新 Doorbell。非一致平台还由 DMA API 完成 Clean/Invalidate。

一包消失在哪里¶

观察点	增长	不增长	结论
PHY Good Frame	否	—	线缆、协商或 PHY
MAC Good Frame	否	PHY 增长	MAC 过滤/帧格式
RX FIFO	Overflow	MAC 增长	DMA 排空不足
DMA Head	否	FIFO 有数据	Ring/SMMU/NoC
Descriptor Done	是	ISR 不进	IRQ/ITS/GIC
NAPI packets	是	Socket 无数据	协议栈/过滤/应用

吞吐计算¶

1 Gb/s 是线路比特率。以太网 Preamble、IFG、Header 和 CRC 占用线速，小包有效载荷效率明显低于大包。单队列 CPU 饱和时启用 RSS 多队列，把 IRQ/NAPI/Application 按 Queue 绑核；若 DDR/NoC 已饱和，增加 Queue 只会加剧拥塞。