关于以太网PAUSE的一点研究
在学习自动协商时，发现有以太网PAUSE帧这个东西，很网上资料很少，有讲到的也是很简略，似乎这是一个神秘的不想让人知道的东西。这里将自己对PAUSE帧的一些研究，对于太术语的方面，直接参考网上资料，不在这里提及。
疑惑
root@latelee:~# ethtool eth0
Settings for eth0:Supported ports: [ TP AUI BNC MII FIBRE ]Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full100baseT/Half 100baseT/Full1000baseT/FullSupports auto-negotiation: YesAdvertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full100baseT/Half 100baseT/Full1000baseT/FullAdvertised pause frame use: Symmetric Receive-onlyAdvertised auto-negotiation: YesSpeed: 1000Mb/sDuplex: FullPort: MIIPHYAD: 0Transceiver: externalAuto-negotiation: onCurrent message level: 0x00000000 (0)Link detected: yes可以看到，这回变成“Symmetric Receive-only”了。
首先找到ethtool源码，以前写有文章讲过，但那时使用的版本旧，我担心版本的问题，于是找到新的版本的官网：https://www.kernel.org/pub/software/network/ethtool/，网址是Linux内核官网上的。最新的版本是3.18。我对比旧的和新的版本，发现在打印“Advertised pause frame use:”所用的代码是相同的。如下：
fprintf(stdout, " %s pause frame use: ", prefix);if (mask & ADVERTISED_Pause) {fprintf(stdout, "Symmetric");if (mask & ADVERTISED_Asym_Pause)fprintf(stdout, " Receive-only");fprintf(stdout, "\n");} else {if (mask & ADVERTISED_Asym_Pause)fprintf(stdout, "Transmit-only\n");elsefprintf(stdout, "No\n");}其中mask是ethtool_cmd结构体的advertising成员，ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause定义如下：
#define ADVERTISED_Pause (1 << 13)
#define ADVERTISED_Asym_Pause (1 << 14)
可以得到如下结论：
| ADVERTISED_Pause | ADVERTISED_Asym_Pause | 结果 |
| 0 | 0 | No |
| 0 | 1 | Symmetric Transmit-only |
| 1 | 0 | Symmetric |
| 1 | 1 | Symmetric Receive-only |
至于ethtool为什么会如此打印，这方面资料也少，幸好，在无意中，看到802.3标志有关于PAUSE的描述。但还是有人对标准文档的描述有疑问的：
后来又查了下，发现关于此解释有新版本了，见附录。
标准
在跟踪内核代码之前，先了解802.3标准有关描述。在标准中，关于PAUSE主要有PAUSE和ASM_DIR两个标志，分别对应于PS1和PS2。如下图所示：
右侧说的4.7和4.8似乎说的是PHY的第4个寄存器，在看PHY芯片时，发现对应不上来，但寄存器4的确有相关的位说明，因此认为上图所说的和寄存器是对应的关系。下面是Intel一款PHY芯片手册的截图：
描述如下：
从描述上看到，PAUSE和ASM_DIR的不同取值，将影响PAUSE的表现。在这里，当PAUSE和ASM_DIR分别取0和1时，表示从本地设备到对端的异步暂停，亦即“Transmit-only”，至于最后一项，ethtool打印的和标准文档所说的有点出入，我暂时还没有研究透。在某些角度上说，好像是可以得到结论：PAUSE、ASM_DIR和ethtool（内核定义）使用的ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause是一一对应的关系。
关于本地设备(即网卡)和对端设备(如交换机)的详细关系如下：
驱动
void phy_print_status(struct phy_device *phydev)
{if (phydev->link) {netdev_info(phydev->attached_dev,"Link is Up - %s/%s - flow control %s\n",phy_speed_to_str(phydev->speed),DUPLEX_FULL == phydev->duplex ? "Full" : "Half",phydev->pause ? "rx/tx" : "off");} else {netdev_info(phydev->attached_dev, "Link is Down\n");}
}只判断pause值为1即认为流控为rx/tx，否则为off，目前我还不知道为什么是这样判断。
而赋值相关的代码在genphy_read_status函数中，如下：
lpa = phy_read(phydev, MII_LPA);if (lpa < 0)return lpa;phydev->lp_advertising |= mii_lpa_to_ethtool_lpa_t(lpa);adv = phy_read(phydev, MII_ADVERTISE);if (adv < 0)return adv;common_adv = lpa & adv;phydev->speed = SPEED_10;phydev->duplex = DUPLEX_HALF;phydev->pause = 0;phydev->asym_pause = 0;if (common_adv_gb & (LPA_1000FULL | LPA_1000HALF)) {phydev->speed = SPEED_1000;if (common_adv_gb & LPA_1000FULL)phydev->duplex = DUPLEX_FULL;} else if (common_adv & (LPA_100FULL | LPA_100HALF)) {phydev->speed = SPEED_100;if (common_adv & LPA_100FULL)phydev->duplex = DUPLEX_FULL;} elseif (common_adv & LPA_10FULL)phydev->duplex = DUPLEX_FULL;if (phydev->duplex == DUPLEX_FULL) {phydev->pause = lpa & LPA_PAUSE_CAP ? 1 : 0;phydev->asym_pause = lpa & LPA_PAUSE_ASYM ? 1 : 0;}根据第5个寄存器MII_LPA的值判断对端(如交换机)的情况，如果对端支持LPA_PAUSE_CAP、LPA_PAUSE_ASYM就分别赋值到pause、asym_pause。从上面的分析可以知道，这两个可以和寄存器4的值对应起来，也可以和标准文档说的PAUSE和ASM_DIR对应起来。
再回到前面ethtool代码出现的ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause。内核定义了许多ADVERTISED_XXX的宏，它表示接口通告的能力(这个有点难理解，我还不太应该怎么描述，感觉就是在自动协商时，将“能力”告诉对端，让对方知道你具备哪些能力)，对应寄存器4(MII_ADVERTISE)。相应的，有SUPPORTED_XXX宏定义，它表示接口所支持的能力、特性。
PHY在自动协商时会调用到genphy_config_advert函数(注意！该函数不对PAUSE标志ADVERTISE_PAUSE_CAP进行特别处理，只是根据phydev->advertising来判断)：
static int genphy_config_advert(struct phy_device *phydev)
{u32 advertise;int oldadv, adv, bmsr;int err, changed = 0;/* Only allow advertising what this PHY supports */phydev->advertising &= phydev->supported; // 先获取本地网卡所支持的特性advertise = phydev->advertising;/* Setup standard advertisement */adv = phy_read(phydev, MII_ADVERTISE); // 读取寄存器4的值if (adv < 0)return adv;oldadv = adv;adv &= ~(ADVERTISE_ALL | ADVERTISE_100BASE4 | ADVERTISE_PAUSE_CAP |ADVERTISE_PAUSE_ASYM);adv |= ethtool_adv_to_mii_adv_t(advertise); // 将内核支持特性的格式转换成PHY芯片识别的，因为adv要写到寄存器if (adv != oldadv) {err = phy_write(phydev, MII_ADVERTISE, adv);if (err < 0)return err;changed = 1;}// ...
}该函数调用了ethtool_adv_to_mii_adv_t，在这个函数里面判断特性，相关代码如下：
static inline u32 ethtool_adv_to_mii_adv_t(u32 ethadv)
{u32 result = 0;if (ethadv & ADVERTISED_10baseT_Half)result |= ADVERTISE_10HALF;if (ethadv & ADVERTISED_10baseT_Full)result |= ADVERTISE_10FULL;if (ethadv & ADVERTISED_100baseT_Half)result |= ADVERTISE_100HALF;if (ethadv & ADVERTISED_100baseT_Full)result |= ADVERTISE_100FULL;if (ethadv & ADVERTISED_Pause)result |= ADVERTISE_PAUSE_CAP;if (ethadv & ADVERTISED_Asym_Pause)result |= ADVERTISE_PAUSE_ASYM;return result;
}为了和文章开头对应，最后跟踪一下advertising值。
ethtool获取网卡信息：
phy_ethtool_gset
-> cmd->advertising = phydev->advertising;
PHY驱动定义：
static struct phy_driver genphy_driver[] =
{.phy_id = 0xffffffff,.phy_id_mask = 0xffffffff,.name = "Generic PHY",.soft_reset = genphy_soft_reset,.config_init = genphy_config_init,.features = PHY_GBIT_FEATURES | SUPPORTED_MII |SUPPORTED_AUI | SUPPORTED_FIBRE |SUPPORTED_BNC,
}在phy_probe会赋值，但后面的函数会将其覆盖掉：
phy_probe
-> phydev->supported = phydrv->features;
-> phydev->advertising = phydev->supported;
在phy初始化时，会调用genphy_config_init：
int genphy_config_init(struct phy_device *phydev)
{int val;u32 features;features = (SUPPORTED_TP | SUPPORTED_MII| SUPPORTED_AUI | SUPPORTED_FIBRE |SUPPORTED_BNC);/* Do we support autonegotiation? */val = phy_read(phydev, MII_BMSR);if (val < 0)return val;if (val & BMSR_ANEGCAPABLE)features |= SUPPORTED_Autoneg;if (val & BMSR_100FULL)features |= SUPPORTED_100baseT_Full;if (val & BMSR_100HALF)features |= SUPPORTED_100baseT_Half;if (val & BMSR_10FULL)features |= SUPPORTED_10baseT_Full;if (val & BMSR_10HALF)features |= SUPPORTED_10baseT_Half;if (val & BMSR_ESTATEN) {val = phy_read(phydev, MII_ESTATUS);if (val < 0)return val;if (val & ESTATUS_1000_TFULL)features |= SUPPORTED_1000baseT_Full;if (val & ESTATUS_1000_THALF)features |= SUPPORTED_1000baseT_Half;}phydev->supported &= features;phydev->advertising &= features;return 0;
}从代码跟踪来看，通用的PHY驱动没有开启PAUSE功能。为了全面性，又跟踪了Intel的igb驱动，获取网卡信息在igb_get_settings函数中，对于暂停帧处理代码如下：
switch (hw->fc.requested_mode) {case e1000_fc_full:ecmd->advertising |= ADVERTISED_Pause;break;case e1000_fc_rx_pause:ecmd->advertising |= (ADVERTISED_Pause |ADVERTISED_Asym_Pause);break;case e1000_fc_tx_pause:ecmd->advertising |= ADVERTISED_Asym_Pause;break;default:ecmd->advertising &= ~(ADVERTISED_Pause |ADVERTISED_Asym_Pause);}可以看到，如果为fc_full时，就只赋值ADVERTISED_Pause。这在一定程度上对PAUSE和ASM_DIR的取值进行了验证。
附录
千兆PAUSE优先级解释：
http://www.ieee802.org/3/interp/interp-1-1104.pdf
对PAUSE和ASM_DIR讨论的文章：
http://www.juniper.net/techpubs/en_US/junos13.2/topics/concept/cos-qfx-series-congestion-notification-understanding.html
http://www.tomshardware.com/forum/19497-42-weird-asymmetric-pause-autoconfiguration-code
e1000驱动关于标准文档PAUSE/ASM_DIR的值的说明(约2219行)：
http://lxr.oss.org.cn/source//drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000_hw.c?v=3.17
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