【UEFI基础】EDK网络框架（ARP）

ARP

ARP协议说明

从这里开始涉及到的网络协议都是比较通用的了，在一般的TCP/IP四层模型中都能够看到这些内容，不过这里主要介绍的还是其在BIOS下的实现，但是在此之前还是需要先说明ARP的作用。

ARP的全称是Address Resolution Protocol，它是一种解决地址问题的协议。以目标IP为线索，用来定义下一个应该接收数据分包的网络设备对应的MAC地址。ARP只用于IPv4，不能用于IPv6（IPv6使用ICMPv6替代ARP）。ARP获取MAC地址的简单流程如下：

在这里插入图片描述

ARP是请求方IP通过广播发送的请求包，同一链路上所有的主机和路由器都会接收到这个包，目标地址将自己的MAC地址填入到ARP响应包返回给请求方IP。一个ARP包的格式如下：

在这里插入图片描述

各个参数的说明如下：

字段长度（bit）含义
Ethernet Address of Destination48目的MAC地址。
发送ARP请求时，为广播的MAC地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF。
Ethernet Address of Sender48源MAC地址。
Frame Type16表示后面数据的类型。
对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806。
Hardware Type16表示硬件地址的类型。
对于以太网，该类型的值为“1”。
Protocol Type16表示发送方要映射的协议地址类型。
对于IP地址，该值为0x0800。
Hardware Length8表示硬件地址的长度，单位是字节。
对于ARP请求或应答来说，该值为6。
Protocol Length8表示协议地址的长度，单位是字节。
对于ARP请求或应答来说，该值为4。
OP16操作类型:
1：ARP请求
2：ARP应答
3：RARP请求
4：RARP应答
Ethernet Address of Sender48发送方以太网地址。
这个字段和ARP报文首部的源以太网地址字段是重复信息。
IP Address of Sender32发送方的IP地址。
Ethernet Address of Destination48接收方的以太网地址。
发送ARP请求时，该处填充值为00-00-00-00-00-00。
IP Address of Destination32接收方的IP地址。

ARP包在UEFI代码中没有一个特定的结构体来表示，不过其中的一部分还是构成了结构体：

//
// ARP packet head definition.
//
#pragma pack(1)
typedef struct {
  UINT16    HwType;
  UINT16    ProtoType;
  UINT8     HwAddrLen;
  UINT8     ProtoAddrLen;
  UINT16    OpCode;
} ARP_HEAD;
#pragma pack()

而整个ARP包的构造，则位于ArpSendFrame函数中。

ARP代码综述

ARP的实现代码位于NetworkPkg\ArpDxe\ArpDxe.inf，它也是一个UEFI Driver Model，所以会安装EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL，其实现如下：

EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  gArpDriverBinding = {
  ArpDriverBindingSupported,
  ArpDriverBindingStart,
  ArpDriverBindingStop,
  0xa,
  NULL,
  NULL
};

ARP在UEFI网络协议栈中的关系图：

支持
提供
支持
支持
提供
支持
提供
提供
提供
支持
提供
提供
gEfiPciIoProtocolGuid
UNDI
gEfiNetworkInterfaceIdentifierProtocolGuid_31
gEfiDevicePathProtocolGuid
SNP
gEfiSimpleNetworkProtocolGuid
MNP
gEfiVlanConfigProtocolGuid
gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid
gEfiManagedNetworkProtocolGuid
ARP
gEfiArpServiceBindingProtocolGuid
gEfiArpProtocolGuid

ArpDriverBindingSupported

ARP依赖于MNP，所以其Supported函数实现主体如下：

EFI_STATUS
EFIAPI
ArpDriverBindingSupported (
  IN EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *This,
  IN EFI_HANDLE                   ControllerHandle,
  IN EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL     *RemainingDevicePath OPTIONAL
  )
{
  //
  // Test to see if MNP SB is installed.
  //
  Status = gBS->OpenProtocol (
                  ControllerHandle,
                  &gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid,
                  NULL,
                  This->DriverBindingHandle,
                  ControllerHandle,
                  EFI_OPEN_PROTOCOL_TEST_PROTOCOL
                  );
}

也只是一个简单的MNP是否已经支持的判断。

ArpDriverBindingStart

Start函数的执行流程大致如下：

  1. 使用ArpCreateService()函数初始化ARP_SERVICE_DATA。
  2. 安装gEfiArpServiceBindingProtocolGuid，对应的服务Protocol跟MNP的是一样的：
struct _EFI_SERVICE_BINDING_PROTOCOL {
  EFI_SERVICE_BINDING_CREATE_CHILD     CreateChild;
  EFI_SERVICE_BINDING_DESTROY_CHILD    DestroyChild;
};
  1. 通过MNP接口注册Token。
  //
  // OK, start to receive arp packets from Mnp.
  //
  Status = ArpService->Mnp->Receive (ArpService->Mnp, &ArpService->RxToken);

这里注册的Token还是在第1步中初始化的，所以以上的所有操作中，最重要的还是初始化ARP_SERVICE_DATA的操作，后续将进一步介绍该结构体。注意ARP中没有像MNP那样的MNP_DEVICE_DATA，这是因为ARP已经跟硬件没有关系，但是ARP中也有服务数据和实例数据，分别对应ARP_SERVICE_DATA和ARP_INSTANCE_DATA。ARP中的主要数据以及它们的关系，如下图所示：

在这里插入图片描述

ARP_SERVICE_DATA

ARP_SERVICE_DATA结构体位于NetworkPkg\ArpDxe\ArpImpl.h，其实现如下：

//
// ARP service data structure.
//
struct _ARP_SERVICE_DATA {
  UINT32                                  Signature;
  EFI_SERVICE_BINDING_PROTOCOL            ServiceBinding;

  EFI_HANDLE                              MnpChildHandle;
  EFI_HANDLE                              ImageHandle;
  EFI_HANDLE                              ControllerHandle;

  EFI_MANAGED_NETWORK_PROTOCOL            *Mnp;
  EFI_MANAGED_NETWORK_CONFIG_DATA         MnpConfigData;
  EFI_MANAGED_NETWORK_COMPLETION_TOKEN    RxToken;

  EFI_SIMPLE_NETWORK_MODE                 SnpMode;

  UINTN                                   ChildrenNumber;
  LIST_ENTRY                              ChildrenList;

  LIST_ENTRY                              PendingRequestTable;
  LIST_ENTRY                              DeniedCacheTable;
  LIST_ENTRY                              ResolvedCacheTable;

  EFI_EVENT                               PeriodicTimer;
};

该结构体的初始化在ArpCreateService()函数中，除了初始化ARP_SERVICE_DATA之外，还有一个很重要的代码是：

  //
  // Create a MNP child instance.
  //
  Status = NetLibCreateServiceChild (
             ControllerHandle,
             ImageHandle,
             &gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid,
             &ArpService->MnpChildHandle
             );

完成这一步操作之后，MNP服务才会创建子项，才会安装EFI_MANAGED_NETWORK_PROTOCOL供后续ARP使用。

下面介绍其中比较重要的成员：

  • ServiceBinding：对应ARP的服务Protocol，由于APR依赖的是MNP的gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid，而MNP中可以有多个服务，因此ARP中也可能有多个。对应的实现函数：
  //
  // Init the servicebinding protocol members.
  //
  ArpService->ServiceBinding.CreateChild  = ArpServiceBindingCreateChild;
  ArpService->ServiceBinding.DestroyChild = ArpServiceBindingDestroyChild;
  • MnpChildHandle、Mnp：对应MNP中的EFI_MANAGED_NETWORK_PROTOCOL及其所在的Handle，这个Handle上面还有gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid对应的服务Protocol。
  • MnpConfigData：MNP的配置参数，其值是固定的：
  //
  // Set the Mnp config parameters.
  //
  ArpService->MnpConfigData.ReceivedQueueTimeoutValue = 0;
  ArpService->MnpConfigData.TransmitQueueTimeoutValue = 0;
  ArpService->MnpConfigData.ProtocolTypeFilter        = ARP_ETHER_PROTO_TYPE;
  ArpService->MnpConfigData.EnableUnicastReceive      = TRUE;
  ArpService->MnpConfigData.EnableMulticastReceive    = FALSE;
  ArpService->MnpConfigData.EnableBroadcastReceive    = TRUE;
  ArpService->MnpConfigData.EnablePromiscuousReceive  = FALSE;
  ArpService->MnpConfigData.FlushQueuesOnReset        = TRUE;
  ArpService->MnpConfigData.EnableReceiveTimestamps   = FALSE;
  ArpService->MnpConfigData.DisableBackgroundPolling  = FALSE;

之后会用这些值来配置一次MNP：

  //
  // Configure the Mnp child.
  //
  Status = ArpService->Mnp->Configure (ArpService->Mnp, &ArpService->MnpConfigData);

这一点很重要，因为MNP在接收到数据之后会根据这些值来确定是否需要回调ARP的处理函数。

  • RxToken：包含了ARP对MNP接收到的数据的处理，对应的处理函数是ArpOnFrameRcvd()，它实际上包含了ARP模块的主要功能。

  • ChildrenList、ChildrenNumber：ArpServiceBindingCreateChild()创建的ARP子项的链表。

  • PendingRequestTable：处理ARP的重试。

  • DeniedCacheTable、ResolvedCacheTable：ARP缓存表，用来缓存IP-MAC的对应关系，避免需要一直使用ARP来获取指定IP对应的MAC地址。

  • PeriodicTimer：处理ARP心跳的定时事件：

  //
  // Create the Arp heartbeat timer.
  //
  Status = gBS->CreateEvent (
                  EVT_NOTIFY_SIGNAL | EVT_TIMER,
                  TPL_CALLBACK,
                  ArpTimerHandler,
                  ArpService,
                  &ArpService->PeriodicTimer
                  );

它的主要作用就是ARP包的重试和缓存处理，后面将进一步介绍。

ARP_INSTANCE_DATA

ARP_INSTANCE_DATA结构体位于NetworkPkg\ArpDxe\ArpImpl.h，其结构体如下：

//
// ARP instance context data structure.
//
typedef struct {
  UINT32                 Signature;
  ARP_SERVICE_DATA       *ArpService;
  EFI_HANDLE             Handle;
  EFI_ARP_PROTOCOL       ArpProto;
  LIST_ENTRY             List;
  EFI_ARP_CONFIG_DATA    ConfigData;
  BOOLEAN                Configured;
  BOOLEAN                InDestroy;
} ARP_INSTANCE_DATA;

它在ARP服务创建ARP子项的时候生成，对应的接口是ArpService->ServiceBinding.CreateChild()，初始化在函数ArpInitInstance()中：

VOID
ArpInitInstance (
  IN  ARP_SERVICE_DATA   *ArpService,
  OUT ARP_INSTANCE_DATA  *Instance
  )
{
  NET_CHECK_SIGNATURE (ArpService, ARP_SERVICE_DATA_SIGNATURE);

  Instance->Signature  = ARP_INSTANCE_DATA_SIGNATURE;
  Instance->ArpService = ArpService;

  CopyMem (&Instance->ArpProto, &mEfiArpProtocolTemplate, sizeof (Instance->ArpProto));

  Instance->Configured = FALSE;
  Instance->InDestroy  = FALSE;

  InitializeListHead (&Instance->List);
}

其中比较重要的成员有：

  • ArpService：创建子项的那个服务对应的数据。

  • ArpProto：ARP操作接口：

//
// Global variable of EFI ARP Protocol Interface.
//
EFI_ARP_PROTOCOL  mEfiArpProtocolTemplate = {
  ArpConfigure,
  ArpAdd,
  ArpFind,
  ArpDelete,
  ArpFlush,
  ArpRequest,
  ArpCancel
};

  • Handle：安装ArpProto的Handle。

  • List：对应到ARP_SERVICE_DATA中的ChildrenList，两者构成链表。

  • ConfigData：ARP的配置参数，在EFI_ARP_CONFIG_DATA中会进一步介绍。

  • Configured：用来表示ARP是否已经配置。

  • InDestroy：用于防止重入的标志。

EFI_ARP_CONFIG_DATA

ARP也需要配置，所以存在这个结构体，其实现如下：

typedef struct {
  ///
  /// 16-bit protocol type number in host byte order.
  ///
  UINT16    SwAddressType;

  ///
  /// The length in bytes of the station's protocol address to register.
  ///
  UINT8     SwAddressLength;

  ///
  /// The pointer to the first byte of the protocol address to register. For
  /// example, if SwAddressType is 0x0800 (IP), then
  /// StationAddress points to the first byte of this station's IP
  /// address stored in network byte order.
  ///
  VOID      *StationAddress;

  ///
  /// The timeout value in 100-ns units that is associated with each
  /// new dynamic ARP cache entry. If it is set to zero, the value is
  /// implementation-specific.
  ///
  UINT32    EntryTimeOut;

  ///
  /// The number of retries before a MAC address is resolved. If it is
  /// set to zero, the value is implementation-specific.
  ///
  UINT32    RetryCount;

  ///
  /// The timeout value in 100-ns units that is used to wait for the ARP
  /// reply packet or the timeout value between two retries. Set to zero
  /// to use implementation-specific value.
  ///
  UINT32    RetryTimeOut;
} EFI_ARP_CONFIG_DATA;
  • SwAddressType：对应以太网帧的类型，在MNP章节中已经介绍过。
  • SwAddressLength、StationAddress：表示IP地址和长度。
  • EntryTimeOut：APR缓存的过期时间。
  • RetryCount、RetryTimeOut：ARP重试次数和超时时间。

ARP_CACHE_ENTRY

该结构体用来存放每一个ARP缓存项，其中的重点就是IP和MAC的对应。其结构体如下：

typedef union {
  UINT8    ProtoAddress[ARP_MAX_PROTOCOL_ADDRESS_LEN];
  UINT8    HwAddress[ARP_MAX_HARDWARE_ADDRESS_LEN];
} NET_ARP_ADDRESS_UNION;

//
// ARP address structure in an ARP packet.
//
typedef struct {
  UINT16                   Type;
  UINT8                    Length;
  UINT8                    *AddressPtr;
  NET_ARP_ADDRESS_UNION    Buffer;
} NET_ARP_ADDRESS;

//
// Enumeration for ARP address type.
//
typedef enum {
  Hardware,
  Protocol
} ARP_ADDRESS_TYPE;

//
// ARP cache entry definition.
//
typedef struct {
  LIST_ENTRY         List;

  UINT32             RetryCount;
  UINT32             DefaultDecayTime;
  UINT32             DecayTime;
  UINT32             NextRetryTime;

  NET_ARP_ADDRESS    Addresses[2];

  LIST_ENTRY         UserRequestList;
} ARP_CACHE_ENTRY;

虽然有几层结构体的包装，但是可以看到最重要的还是Addresses，它的两个成员分别是：

//
// Enumeration for ARP address type.
//
typedef enum {
  Hardware,
  Protocol
} ARP_ADDRESS_TYPE;

一个表示IP，另一个表示MAC地址。

ArpSendFrame

ArpSendFrame()可以说是ARP驱动中最重要的函数，其实现如下：

VOID
ArpSendFrame (
  IN ARP_INSTANCE_DATA  *Instance,
  IN ARP_CACHE_ENTRY    *CacheEntry,
  IN UINT16             ArpOpCode
  )
{
  //
  // Allocate memory for the TxToken.
  //
  TxToken = AllocatePool (sizeof (EFI_MANAGED_NETWORK_COMPLETION_TOKEN));
  TxToken->Event = NULL;
  TxData         = NULL;
  Packet         = NULL;

  //
  // Create the event for this TxToken.
  //
  Status = gBS->CreateEvent (
                  EVT_NOTIFY_SIGNAL,
                  TPL_NOTIFY,
                  ArpOnFrameSent,
                  (VOID *)TxToken,
                  &TxToken->Event
                  );

  //
  // Allocate memory for the TxData used in the TxToken.
  //
  TxData = AllocatePool (sizeof (EFI_MANAGED_NETWORK_TRANSMIT_DATA));

  ArpService = Instance->ArpService;
  SnpMode    = &ArpService->SnpMode;
  ConfigData = &Instance->ConfigData;

  //
  // Calculate the buffer length for this arp frame.
  //
  TotalLength = SnpMode->MediaHeaderSize + sizeof (ARP_HEAD) +
                2 * (ConfigData->SwAddressLength + SnpMode->HwAddressSize);

  //
  // Allocate buffer for the arp frame.
  //
  // 这里开始构建ARP包，其具体的内容前面已经介绍过
  TmpPtr = Packet;

  //
  // The destination MAC address.
  //
  // 根据是接受还是发送数据包，ARP包的内容会不同
  if (ArpOpCode == ARP_OPCODE_REQUEST) {
    CopyMem (TmpPtr, &SnpMode->BroadcastAddress, SnpMode->HwAddressSize);
  } else {
    CopyMem (
      TmpPtr,
      CacheEntry->Addresses[Hardware].AddressPtr,
      SnpMode->HwAddressSize
      );
  }

  TmpPtr += SnpMode->HwAddressSize;

  //
  // The source MAC address.
  //
  CopyMem (TmpPtr, &SnpMode->CurrentAddress, SnpMode->HwAddressSize);
  TmpPtr += SnpMode->HwAddressSize;

  //
  // The ethernet protocol type.
  //
  *(UINT16 *)TmpPtr = HTONS (ARP_ETHER_PROTO_TYPE);
  TmpPtr           += 2;

  //
  // The ARP Head.
  //
  ArpHead               = (ARP_HEAD *)TmpPtr;
  ArpHead->HwType       = HTONS ((UINT16)SnpMode->IfType);
  ArpHead->ProtoType    = HTONS (ConfigData->SwAddressType);
  ArpHead->HwAddrLen    = (UINT8)SnpMode->HwAddressSize;
  ArpHead->ProtoAddrLen = ConfigData->SwAddressLength;
  ArpHead->OpCode       = HTONS (ArpOpCode);
  TmpPtr               += sizeof (ARP_HEAD);

  //
  // The sender hardware address.
  //
  CopyMem (TmpPtr, &SnpMode->CurrentAddress, SnpMode->HwAddressSize);
  TmpPtr += SnpMode->HwAddressSize;

  //
  // The sender protocol address.
  //
  CopyMem (TmpPtr, ConfigData->StationAddress, ConfigData->SwAddressLength);
  TmpPtr += ConfigData->SwAddressLength;

  //
  // The target hardware address.
  //
  CopyMem (
    TmpPtr,
    CacheEntry->Addresses[Hardware].AddressPtr,
    SnpMode->HwAddressSize
    );
  TmpPtr += SnpMode->HwAddressSize;

  //
  // The target protocol address.
  //
  CopyMem (
    TmpPtr,
    CacheEntry->Addresses[Protocol].AddressPtr,
    ConfigData->SwAddressLength
    );

  //
  // Set all the fields of the TxData.
  //
  TxData->DestinationAddress = NULL;
  TxData->SourceAddress      = NULL;
  TxData->ProtocolType       = 0;
  TxData->DataLength         = TotalLength - SnpMode->MediaHeaderSize;
  TxData->HeaderLength       = (UINT16)SnpMode->MediaHeaderSize;
  TxData->FragmentCount      = 1;
  // 真正的数据在这里
  TxData->FragmentTable[0].FragmentBuffer = Packet;
  TxData->FragmentTable[0].FragmentLength = TotalLength;

  //
  // Associate the TxData with the TxToken.
  //
  TxToken->Packet.TxData = TxData;
  TxToken->Status        = EFI_NOT_READY;

  //
  // Send out this arp packet by Mnp.
  //
  Status = ArpService->Mnp->Transmit (ArpService->Mnp, TxToken);
}

ArpSendFrame()会根据ARP包是接受后的反馈还是直接的发送进行区分，产生不同的ARP包，最终通过MNP的接口发送出去。

ARP事件

ArpOnFrameRcvd

ArpOnFrameRcvd是Token中的回调函数，其创建代码如下：

  //
  // Create the event used in the RxToken.
  //
  Status = gBS->CreateEvent (
                  EVT_NOTIFY_SIGNAL,
                  TPL_NOTIFY,
                  ArpOnFrameRcvd,
                  ArpService,
                  &ArpService->RxToken.Event
                  );

注意这个不是定时事件，而是由其它的代码触发的，主要就是MNP，也就是说它是MNP接收到数据之后会执行的回调，所以它就可以用来接收ARP包并进行解析和处理，它的第一层实现很简单：

VOID
EFIAPI
ArpOnFrameRcvd (
  IN EFI_EVENT  Event,
  IN VOID       *Context
  )
{
  //
  // Request ArpOnFrameRcvdDpc as a DPC at TPL_CALLBACK
  //
  QueueDpc (TPL_CALLBACK, ArpOnFrameRcvdDpc, Context);
}

这里可以看到对DPC的使用。ArpOnFrameRcvdDpc()的实现主要包含以下的内容：

  1. 一系列的基础内容判断。
  2. 判断是否在DeniedCacheTable中，如果是就不处理这个包。
  3. 判断IP是否一致，如果是一致的，表示正是本ARP需要处理的，才会有后面的操作。
  4. 判断是否在ResolvedCacheTable中，表示已经处理过了的，如果不是，则增加。

由于MNP一直在接收数据，再加上这个ARP事件的处理，所以BIOS可以处理外部网络的ARP请求。

ArpTimerHandler

用来处理ARP_SERVICE_DATA中的PendingRequestTable、DeniedCacheTable和ResolvedCacheTable。第一个和后面两个的处理方式是不同的，第一个的重点是重发ARP包：

ArpSendFrame (RequestContext->Instance, CacheEntry, ARP_OPCODE_REQUEST);

后面两个的重点是链表操作：

RemoveEntryList (&CacheEntry->List);

注意这个定时事件在ARP服务创建之后就启动了：

  //
  // Start the heartbeat timer.
  //
  Status = gBS->SetTimer (
                  ArpService->PeriodicTimer,
                  TimerPeriodic,
                  ARP_PERIODIC_TIMER_INTERVAL	// 500毫秒
                  );

它完成重试、缓存清理等操作。

ARP的使用

ARP的使用包括两个部分，第一部分是响应其它网络的ARP包，这个部分主要就是ArpOnFrameRcvd的实现；第二部分就是自己发送ARP包，来获取指定IP对应的MAC地址。关于第二部分，主要在IP4和PXE等模块中，以前者为例，主要在函数Ip4SendFrame()中：

  //
  // First check whether this binding is in the ARP cache.
  //
  NextHop = HTONL (NextHop);
  Status  = Arp->Request (Arp, &NextHop, NULL, &Token->DstMac);
  
  // 中间略

  //
  // First frame to NextHop, issue an asynchronous ARP requests
  //
  ArpQue = Ip4CreateArpQue (Interface, NextHop);

  Status = Arp->Request (Arp, &ArpQue->Ip, ArpQue->OnResolved, ArpQue->Mac.Addr);

  InsertHeadList (&ArpQue->Frames, &Token->Link);
  InsertHeadList (&Interface->ArpQues, &ArpQue->Link);
  return EFI_SUCCESS;

这里主要调用的是EFI_ARP_PROTOCOL中的Request成员函数，后面会进一步介绍。

EFI_ARP_PROTOCOL

该Protocol的结构体如下：

///
/// ARP is used to resolve local network protocol addresses into
/// network hardware addresses.
///
struct _EFI_ARP_PROTOCOL {
  EFI_ARP_CONFIGURE    Configure;
  EFI_ARP_ADD          Add;
  EFI_ARP_FIND         Find;
  EFI_ARP_DELETE       Delete;
  EFI_ARP_FLUSH        Flush;
  EFI_ARP_REQUEST      Request;
  EFI_ARP_CANCEL       Cancel;
};

对应的实现在NetworkPkg\ArpDxe\ArpImpl.c：

EFI_ARP_PROTOCOL  mEfiArpProtocolTemplate = {
  ArpConfigure,
  ArpAdd,
  ArpFind,
  ArpDelete,
  ArpFlush,
  ArpRequest,
  ArpCancel
};

后面会介绍这些函数的实现。

Arp.Configure

对应的实现是ArpConfigure，其代码实现：

EFI_STATUS
EFIAPI
ArpConfigure (
  IN EFI_ARP_PROTOCOL     *This,
  IN EFI_ARP_CONFIG_DATA  *ConfigData OPTIONAL
  )
{
  //
  // Configure this instance, the ConfigData has already passed the basic checks.
  //
  Status = ArpConfigureInstance (Instance, ConfigData);
}

最终的实现在ArpConfigureInstance()：

EFI_STATUS
ArpConfigureInstance (
  IN ARP_INSTANCE_DATA    *Instance,
  IN EFI_ARP_CONFIG_DATA  *ConfigData OPTIONAL
  )
{
  if (ConfigData != NULL) {
    // 如果已经配置过了，那么就是更新配置
    if (Instance->Configured) {
      //
      // The instance is configured, check the unchangeable fields.
      //
      if ((OldConfigData->SwAddressType != ConfigData->SwAddressType) ||
          (OldConfigData->SwAddressLength != ConfigData->SwAddressLength) ||
          (CompareMem (
             OldConfigData->StationAddress,
             ConfigData->StationAddress,
             OldConfigData->SwAddressLength
             ) != 0))
      {
        //
        // Deny the unallowed changes.
        //
        return EFI_ACCESS_DENIED;
      }
    } else {
      //
      // The instance is not configured.
      //
      if (ConfigData->SwAddressType == IPV4_ETHER_PROTO_TYPE) {
        CopyMem (&Ip, ConfigData->StationAddress, sizeof (IP4_ADDR));

        if (IP4_IS_UNSPECIFIED (Ip) || IP4_IS_LOCAL_BROADCAST (Ip)) {
          //
          // The station address should not be zero or broadcast address.
          //
          return EFI_INVALID_PARAMETER;
        }
      }

      //
      // Save the configuration.
      //
      CopyMem (OldConfigData, ConfigData, sizeof (*OldConfigData));

      OldConfigData->StationAddress = AllocatePool (OldConfigData->SwAddressLength);
      if (OldConfigData->StationAddress == NULL) {
        return EFI_OUT_OF_RESOURCES;
      }

      //
      // Save the StationAddress.
      //
      CopyMem (
        OldConfigData->StationAddress,
        ConfigData->StationAddress,
        OldConfigData->SwAddressLength
        );

      //
      // Set the state to configured.
      //
      Instance->Configured = TRUE;
    }

    //
    // Use the implementation specific values if the following field is zero.
    //
    OldConfigData->EntryTimeOut = (ConfigData->EntryTimeOut == 0) ?
                                  ARP_DEFAULT_TIMEOUT_VALUE : ConfigData->EntryTimeOut;

    OldConfigData->RetryCount = (ConfigData->RetryCount == 0) ?
                                ARP_DEFAULT_RETRY_COUNT : ConfigData->RetryCount;

    OldConfigData->RetryTimeOut = (ConfigData->RetryTimeOut == 0) ?
                                  ARP_DEFAULT_RETRY_INTERVAL : ConfigData->RetryTimeOut;
  } else {
    //
    // Reset the configuration.
    //
    if (Instance->Configured) {
      //
      // Cancel the arp requests issued by this instance.
      //
      Instance->ArpProto.Cancel (&Instance->ArpProto, NULL, NULL);

      //
      // Free the buffer previously allocated to hold the station address.
      //
      FreePool (OldConfigData->StationAddress);
    }
    Instance->Configured = FALSE;
  }
}

如果入参ConfigData的值是NULL，则表示重置配置；否则就会根据入参进行配置。

Arp.Add

对应的实现是ArpAdd，该函数最终会将IP和MAC地址写入到ARP_SERVICE_DATA的DeniedCacheTable或者ResolvedCacheTable表中。其它的成员函数，比如FInd、Delete、Flush等，也都是这些表的操作，这里不再过多介绍。

Arp.Request

对应的实现是ArpRequest，它会去获取指定IP的MAC地址：

EFI_STATUS
EFIAPI
ArpRequest (
  IN EFI_ARP_PROTOCOL  *This,
  IN VOID              *TargetSwAddress OPTIONAL,
  IN EFI_EVENT         ResolvedEvent    OPTIONAL,
  OUT VOID             *TargetHwAddress
  )
{
  if (!Instance->Configured) {
    return EFI_NOT_STARTED;
  }

  Status     = EFI_SUCCESS;
  ArpService = Instance->ArpService;
  SnpMode    = &ArpService->SnpMode;

  if ((TargetSwAddress == NULL) ||
      ((Instance->ConfigData.SwAddressType == IPV4_ETHER_PROTO_TYPE) &&
       IP4_IS_LOCAL_BROADCAST (*((UINT32 *)TargetSwAddress))))
  {
    //
    // Return the hardware broadcast address.
    //
    CopyMem (TargetHwAddress, &SnpMode->BroadcastAddress, SnpMode->HwAddressSize);

    goto SIGNAL_USER;
  }

  if ((Instance->ConfigData.SwAddressType == IPV4_ETHER_PROTO_TYPE) &&
      IP4_IS_MULTICAST (NTOHL (*((UINT32 *)TargetSwAddress))))
  {
    //
    // If the software address is an IPv4 multicast address, invoke Mnp to
    // resolve the address.
    //
    Status = ArpService->Mnp->McastIpToMac (
                                ArpService->Mnp,
                                FALSE,
                                TargetSwAddress,
                                TargetHwAddress
                                );
    goto SIGNAL_USER;
  }

  HardwareAddress.Type       = SnpMode->IfType;
  HardwareAddress.Length     = (UINT8)SnpMode->HwAddressSize;
  HardwareAddress.AddressPtr = NULL;

  ProtocolAddress.Type       = Instance->ConfigData.SwAddressType;
  ProtocolAddress.Length     = Instance->ConfigData.SwAddressLength;
  ProtocolAddress.AddressPtr = TargetSwAddress;

  //
  // Initialize the TargetHwAddress to a zero address.
  //
  ZeroMem (TargetHwAddress, SnpMode->HwAddressSize);

  OldTpl = gBS->RaiseTPL (TPL_CALLBACK);

  //
  // Check whether the software address is in the denied table.
  //
  CacheEntry = ArpFindDeniedCacheEntry (ArpService, &ProtocolAddress, NULL);
  if (CacheEntry != NULL) {
    Status = EFI_ACCESS_DENIED;
    goto UNLOCK_EXIT;
  }

  //
  // Check whether the software address is already resolved.
  //
  CacheEntry = ArpFindNextCacheEntryInTable (
                 &ArpService->ResolvedCacheTable,
                 NULL,
                 ByProtoAddress,
                 &ProtocolAddress,
                 NULL
                 );
  if (CacheEntry != NULL) {
    //
    // Resolved, copy the address into the user buffer.
    //
    CopyMem (
      TargetHwAddress,
      CacheEntry->Addresses[Hardware].AddressPtr,
      CacheEntry->Addresses[Hardware].Length
      );

    goto UNLOCK_EXIT;
  }

  //
  // Create a request context for this arp request.
  //
  RequestContext = AllocatePool (sizeof (USER_REQUEST_CONTEXT));
  RequestContext->Instance         = Instance;
  RequestContext->UserRequestEvent = ResolvedEvent;
  RequestContext->UserHwAddrBuffer = TargetHwAddress;
  InitializeListHead (&RequestContext->List);

  //
  // Check whether there is a same request.
  //
  CacheEntry = ArpFindNextCacheEntryInTable (
                 &ArpService->PendingRequestTable,
                 NULL,
                 ByProtoAddress,
                 &ProtocolAddress,
                 NULL
                 );
  if (CacheEntry != NULL) {
    CacheEntry->NextRetryTime = Instance->ConfigData.RetryTimeOut;
    CacheEntry->RetryCount    = Instance->ConfigData.RetryCount;
  } else {
    //
    // Allocate a cache entry for this request.
    //
    CacheEntry = ArpAllocCacheEntry (Instance);
    if (CacheEntry == NULL) {
      DEBUG ((DEBUG_ERROR, "ArpRequest: Allocate memory for CacheEntry failed.\n"));
      FreePool (RequestContext);

      Status = EFI_OUT_OF_RESOURCES;
      goto UNLOCK_EXIT;
    }

    //
    // Fill the software address.
    //
    ArpFillAddressInCacheEntry (CacheEntry, &HardwareAddress, &ProtocolAddress);

    //
    // Add this entry into the PendingRequestTable.
    //
    InsertTailList (&ArpService->PendingRequestTable, &CacheEntry->List);
  }

  //
  // Link this request context into the cache entry.
  //
  InsertHeadList (&CacheEntry->UserRequestList, &RequestContext->List);

  //
  // Send out the ARP Request frame.
  //
  ArpSendFrame (Instance, CacheEntry, ARP_OPCODE_REQUEST);
  Status = EFI_NOT_READY;

UNLOCK_EXIT:

  gBS->RestoreTPL (OldTpl);

SIGNAL_USER:

  if ((ResolvedEvent != NULL) && (Status == EFI_SUCCESS)) {
    gBS->SignalEvent (ResolvedEvent);

    //
    // Dispatch the DPC queued by the NotifyFunction of ResolvedEvent.
    //
    DispatchDpc ();
  }
}

这里用到了前面介绍的ArpSendFrame。注意这里并不会简单就返回结果，理由还是跟之前说的一样，CPU的执行速度会快于网卡，从ARP代码示例可以看到真正有效的用法。此外，使用该函数还可以获取广播和多播地址。

ARP代码示例

通过ARP接口获取指定IP的MAC地址是一种常用的做法，下面是一个示例代码（位于BeniPkg\DynamicCommand\TestDynamicCommand\TestArp.c）：

VOID
CheckArp (
  IN  EFI_HANDLE                    Handle,
  IN CONST CHAR16                   *SrcString,
  IN CONST CHAR16                   *DstString
  )
{
  EFI_STATUS          Status = EFI_ABORTED;
  EFI_ARP_PROTOCOL    *Arp = NULL;
  EFI_HANDLE          ArpHandle = NULL;
  EFI_IPv4_ADDRESS    SrcIp;
  EFI_IPv4_ADDRESS    DestIp;
  IP4_ADDR            IpAddr;
  EFI_MAC_ADDRESS     Mac;
  EFI_MAC_ADDRESS     ZeroMac;
  EFI_ARP_CONFIG_DATA ArpConfig;
  EFI_EVENT           ResolvedEvent;
  BOOLEAN             IsResolved = FALSE;

  ZeroMem (&Mac, sizeof (EFI_MAC_ADDRESS));
  ZeroMem (&ZeroMac, sizeof (EFI_MAC_ADDRESS));

  Print (L"Resolving IP %s ...\r\n", DstString);

  Status = NetLibCreateServiceChild (
            Handle,
            Handle,
            &gEfiArpServiceBindingProtocolGuid,
            &ArpHandle
            );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  }

  Status = gBS->OpenProtocol (
                  ArpHandle,
                  &gEfiArpProtocolGuid,
                  (VOID **)(&Arp),
                  Handle,
                  Handle,
                  EFI_OPEN_PROTOCOL_BY_DRIVER
                  );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  }

  Status = NetLibStrToIp4 (SrcString, &SrcIp);
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  } else {
    Print (L"Source IP     : %d.%d.%d.%d\r\n",
            SrcIp.Addr[0],
            SrcIp.Addr[1],
            SrcIp.Addr[2],
            SrcIp.Addr[3]
            );
  }

  Status = NetLibStrToIp4 (DstString, &DestIp);
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  } else {
    Print (L"Destination IP: %d.%d.%d.%d\r\n",
            DestIp.Addr[0],
            DestIp.Addr[1],
            DestIp.Addr[2],
            DestIp.Addr[3]
            );
  }

  IpAddr                    = EFI_NTOHL (SrcIp);
  IpAddr                    = HTONL (IpAddr);
  ArpConfig.SwAddressType   = 0x0800;
  ArpConfig.SwAddressLength = 4;
  ArpConfig.StationAddress  = &IpAddr;
  ArpConfig.EntryTimeOut    = 0;
  ArpConfig.RetryCount      = 0;
  ArpConfig.RetryTimeOut    = 0;

  Status = Arp->Configure (Arp, NULL);
  Status = Arp->Configure (Arp, &ArpConfig);
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  }

  Status = gBS->CreateEvent (
                  EVT_NOTIFY_SIGNAL,
                  TPL_NOTIFY,
                  CheckIfResolved,
                  &IsResolved,
                  &ResolvedEvent
                  );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  }

  Status = Arp->Request (Arp, &DestIp, ResolvedEvent, &Mac);
  if (EFI_ERROR (Status) && (Status != EFI_NOT_READY)) {
    DEBUG ((EFI_D_ERROR, "[%a][%d] Failed. - %r\n", __FUNCTION__, __LINE__, Status));
    return;
  }

  while (!IsResolved) {
    if (CompareMem (&Mac, &ZeroMac, sizeof (EFI_MAC_ADDRESS)) != 0) {
      break;
    }
  }

  Print (L"MAC: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\r\n",
          Mac.Addr[0],
          Mac.Addr[1],
          Mac.Addr[2],
          Mac.Addr[3],
          Mac.Addr[4],
          Mac.Addr[5]
          );
}

代码中的重点主要是两个，一个是ARP的配置，另一个是ARP的请求，执行结果如下：

在这里插入图片描述

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