目次背景 IEEE802.3azとは Linuxカーネルの対応状況測定方法測定結果まとめ 1

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つかさかがんじ
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1 Evaluation of IEEE802.3az on Linux Ethernet Driver 富士通コンピュータテクノロジーズ松本博郎理番号 1134ka1

2 目次背景 IEEE802.3azとは Linuxカーネルの対応状況測定方法測定結果まとめ 1

3 背景組込み機器では消費電力の低減が要件として取り上げられるバッテリー駆動時間の延長であったり 24 時間電源 ON のまま待機する必要があったり用途は様々ある Linux カーネルのデバイスドライバでは消費電力を低減させる機能のひとつとして suspend / resume ベースの仕組みを利用できる echo mem > /sys/power/state ドライバの suspend 処理電源押下等のイベント各々のドライバの resume 処理本資料では suspend / resume ベースでない消費電力を低減する仕組みである IEEE802.3az について Linux カーネルのデバイスドライバ対応状況を調査し実際に動作させて消費電力を測定する 2

4 IEEE802.3az とは有線 LAN の帯域が使用されていない時に有線 LAN コントローラの PHY / MAC 層で消費電力を抑える規格 EEE (Energy Efficient Ethernet) と記載されることが多い Task Force のページ PHY / MAC 層より上位層は IEEE802.3az を意識しないで良い Linux の場合ドライバのみで対応 LPI (Low Power Idle) と RPS (Rapid PHY Selection) LPI は MAC へ電源供給を一時的に止める手法 RPS は LAN の帯域によって PHY を動的に切り替える手法 ITpro の EEE の記事 24 時間電源 ON で待機するような機器向け IEEE802.3az に対応した機器同士でないと動作しないらしい MAC PHY 10MB 100MB 1000MB LAN コントローラの概観 ITpro の EEE の記事より引用 3

5 Linux カーネルの対応状況 IEEE802.3az 対応デバイスとデバイスドライバ linux-3.2-rc1 にて LPI EEE 802.3az というキーワードが使用されているコミットログを検索デバイス igb ドライバ e1000e ドライバ BCM5718, BCM5719 BCM54618E RTL8111E tg3 ドライバ bnx2x ドライバ r8169 デバイスドライバ Intel 82575EB Gigabit Ethernet Controller Intel Gigabit Ethernet Controller BCM5718 Broadcom BCM x2 PCI Express Dual-Port Gigabit Ethernet Controller BCM5719 Broadcom BCM X4 PCI Express Quad-Port Gigabit Ethernet Controller BCM54618E Broadcom BCM54618E - Single-Port 10/100/1000BASE-T Energy Efficient Ethernet GbE Transceiver RTL8111E Realtek RT8111E Integrated Gigabit Ethernet Controller for PCI Express Applications 4

6 e1000e ドライバメインラインカーネルの e1000e ドライバデフォルトでは無効なのでソースコードを変更して有効にする eee_disable を false にしておけば LPI のレジスタにアクセスするようになる diff --git a/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/ich8lan.c b/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/ich8lan.c index e2a80a2..88f a/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/ich8lan.c +++ b/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/ich8lan.c -821,7 +821,7 static s32 e1000_get_variants_ich8lan(struct e1000_adapter *adapter) /* Disable EEE by default until IEEE802.3az spec is finalized */ if (adapter->flags2 & FLAG2_HAS_EEE) - adapter->hw.dev_spec.ich8lan.eee_disable = true; + adapter->hw.dev_spec.ich8lan.eee_disable = false; } return 0; Intel Wired Ethernet プロジェクトの e1000e ドライバ Source Forge のページデフォルトで有効 ( insmod e1000e.ko EEE=<0 1> で切り替え ) 5

7 測定環境 ( ハードウェア ) 対向側 IEEE802.3az 対応の L2 スイッチ測定機器消費電力 ( 有効電力 ) を測定できるワットメータ測定対象 IEEE802.3az 対応のを搭載したマザーボードは LPI の機能を持つ 6

8 測定環境 ( ソフトウェア ) カーネル linux を使用 Intel のイーサネットデバイスのデバイスドライバを無効にしてビルドデバイスドライバ Intel Wired Ethernet の e1000e を使用ルートファイルシステム initrd を使用ネットワーク帯域 1000MB / Full Duplex # insmod e1000e.ko EEE=1 [ ] e1000e: Intel(R) PRO/1000 Network Driver NAPI [ ] e1000e: Copyright(c) Intel Corporation. [ ] e1000e 0000:00:19.0: PCI INT A -> GSI 20 (level, low) -> IRQ 20 [ ] e1000e 0000:00:19.0: setting latency timer to 64 [ ] e1000e 0000:00:19.0: (unregistered net_device): EEE Support Enabled [ ] e1000e 0000:00:19.0: irq 42 for MSI/MSI-X [ ] e1000e 0000:00:19.0: eth0: (PCI Express:2.5GT/s:Width x1) e0:69:95:35:10:c8 [ ] e1000e 0000:00:19.0: eth0: Intel(R) PRO/1000 Network Connection [ ] e1000e 0000:00:19.0: eth0: MAC: 11, PHY: 11, PBA No: FFFFFF-0FF 7

9 測定結果 IEEE802.3az が有効だと LAN ケーブルと同じ消費電力になる LANケーブルドライバ IEEE802.3az 消費電力抜いた状態ロードしていない無効 28.0W 挿した状態ロードしていない無効 28.6W 挿した状態ロードしている無効 28.6W 挿した状態ロードしている有効 28.0W IEEE802.3az を有効にすることで 0.6W の消費電力を低減できるワットメータの精度が ±1W である為厳密な値ではない表示上は確かに 0.6W 程度異なる 8

10 その他の結果ネットワークアイドル時のリンクステータスについてイーサネットデバイスの LED は 1000MB ethtool でも 1000MB の表示のまま IEEE802.3az 動作時のパケットについて L2 スイッチのミラーポート機能と Wireshark や tcpdump で見れるレベルでは IEEE802.3az 有効 / 無効で差異なし対向側が IEEE802.3az 対応ではない場合について LAN の疎通はできる消費電力は IEEE802.3az が無効の場合と同様である 9

11 まとめ今回の測定で分かったことについて IEEE802.3az の手法である LPI の消費電力を測定できたリンクステータスが変わらないので動作しているかどうかが分かりづらかったデバイスドライバはレジスタを叩くだけでよくソフトウェア開発は難しくない LPI はネットワーク対向側が IEEE802.3az 非対応でも動作するらしいそれともは特別?( 消費電力の低減は機能しないようだが ) 今後の課題についてもうひとつの手法である RPS の消費電力も測定したいこちらは動的にリンクスピードが変更されるはずなので動作していることは分かりやすいはず LPI はネットワークアイドル時に効果を発揮するが RPS はネットワークが使用されている時にネットワークの帯域に合わせて効果を発揮できそう (LAN の帯域に合わせて動的に PHY を切り替える ) RPS はネットワーク対向側が IEEE802.3az 非対応の場合に LAN の疎通がどうなるかが気になるところ文中に記載されている他社の製品名サービス名等はそれぞれ各社の商標です 10

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