当前位置：首页 > article >正文

GICv2与GICv3中断架构对比与LPI中断机制分析

article 2025/1/6 7:15:34

往期内容

本文章相关专栏往期内容，PCI/PCIe子系统专栏：

嵌入式系统的内存访问和总线通信机制解析、PCI/PCIe引入

深入解析非桥PCI设备的访问和配置方法

PCI桥设备的访问方法、软件角度讲解PCIe设备的硬件结构

深入解析PCIe设备事务层与配置过程

PCIe的三种路由方式

PCI驱动与AXI总线框架解析（RK3399）

深入解析PCIe地址空间与寄存器机制：从地址映射到TLP生成的完整流程

PCIe_Host驱动分析_地址映射

PCIe_Host驱动分析_设备枚举

PCI/PCIe设备INTx中断机制和MSI中断机制
MSI-X中断机制、MSI/MSI-X操作流程详解

RK3399 PCIe 中断处理与映射分析（INTx中断机制源码分析）

Uart子系统专栏：

专栏地址：Uart子系统

Linux内核早期打印机制与RS485通信技术
– 末片，有专栏内容观看顺序

interrupt子系统专栏：

专栏地址：interrupt子系统
Linux 链式与层级中断控制器讲解：原理与驱动开发
– 末片，有专栏内容观看顺序

pinctrl和gpio子系统专栏：

专栏地址：pinctrl和gpio子系统

编写虚拟的GPIO控制器的驱动程序：和pinctrl的交互使用

– 末片，有专栏内容观看顺序

input子系统专栏：

专栏地址：input子系统
input角度：I2C触摸屏驱动分析和编写一个简单的I2C驱动程序
– 末片，有专栏内容观看顺序

I2C子系统专栏：

专栏地址：IIC子系统
具体芯片的IIC控制器驱动程序分析：i2c-imx.c-CSDN博客
– 末篇，有专栏内容观看顺序

总线和设备树专栏：

专栏地址：总线和设备树
设备树与 Linux 内核设备驱动模型的整合-CSDN博客
– 末篇，有专栏内容观看顺序

1.资料

《ARM® Generic Interrupt Controller Architecture Specification Architecture version 2.0(IHI0048B_b_gic_architecture_specification_v2).pdf》📎ARM® Generic Interrupt Controller Architecture Specification Architecture version 2.0(IHI0048B_b_gic_architecture_specification_v2).pdf
《IHI0069G_gic_architecture_specification.pdf》第5章📎IHI0069G_gic_architecture_specification.pdf
《GICv3_Software_Overview_Official_Release_B.pdf》📎GICv3_Software_Overview_Official_Release_B.pdf
ARM GIC（六）gicv3架构-LPI

2.GICv2

GICv2的三种中断类型

软件触发中断（SGI）：
- 由软件生成，主要用于不同CPU核之间的通信。每个CPU核可以通过写入SGI寄存器（如ICDSGIR）触发中断，并将其发送给所有核或指定的核。
- SGI的中断号为0-15，这些号位于固定的中断号范围内。软件可以决定使用哪些号来通信。
私有外设中断（PPI）：
- 由特定CPU核私有的外设生成。这些中断源只针对单个CPU核，因此每个核独立处理自己的PPI。
- PPI的中断号为16-31，典型的例子包括每个CPU核的定时器。
共享外设中断（SPI）：
- 由系统中共享的外设（即非核私有设备）生成。SPI可以路由到一个或多个CPU核，以处理来自系统级设备的中断请求。
- SPI的中断号为32-1020，它们用于系统中广泛的外设，比如I/O控制器等。

这些中断类型在GICv2中构成了中断处理的基础框架，在GICv3中进一步增强了对更复杂中断场景的支持。

在GICv2里，设备向中断控制器发出中断，必须使用物理上的线路：

之前提到过，就像INTx#，这种采用传统的中断信号线传递中断信号的方式，如果有很多个外设的时候就需要有对应数量的信号线，这是不理想的，因此就引入了像MSI/MSI-X这种采用TPL包触发发送中断信息的方式，设备往某个地址写入数值，即可触发中断。

3.GICv3

MSI如何触发中断在之前的章节就讲过了，往特定的寄存器传值写入触发中断，那这个寄存器的地址？？？写什么值？？？ 继续往下看。

3.1 SPI触发

在GICv3中，SPI可以通过MSI的方式触发中断。通常情况下，传统的SPI由外围设备通过硬件信号产生，但通过MSI方式，设备可以直接通过写入消息的方式在GIC中触发中断。要产生或清除SPI中断时，涉及的寄存器操作如下：

产生中断：

写寄存器**GICD_SETSPI_NSR**（Non-Secure Sets SPI Register）或**GICD_SETSPI_SR**（Secure Sets SPI Register）：
- 写入这些寄存器可以触发一个SPI中断。设备或软件可以使用这些寄存器来通知GIC某个中断已被请求。
- 选择NSR或SR取决于中断是在安全世界还是非安全世界触发的。

清除中断：

写寄存器**GICD_CLRSPI_NSR**（Non-Secure Clear SPI Register）或**GICD_CLRSPI_SR**（Secure Clear SPI Register）：
- 在中断处理完成后，清除这些寄存器可以停止对应的SPI中断。

3.2 LPI触发

而GIC V3里新增加了一类中断：LPI(Locality-specific Peripheral Interrupts)框图如下：

在GICv3中，LPI（Locality-specific Peripheral Interrupt）是一种特别为MSI设计的低延迟中断。LPI专门用于大量MSI的场景，比如虚拟化环境中为每个虚拟设备提供独立的中断号。LPI的触发方式与传统的SPI不同。

触发方式1：写寄存器**GICR_SETLPIR**

GICR_SETLPIR寄存器用于直接触发某个特定的LPI中断。
设备或软件可以通过写入该寄存器触发LPI，而不是依赖于GITS_TRANSLATER机制。这种方式更直接。

触发方式2：写寄存器**GITS_TRANSLATER**

GITS_TRANSLATER寄存器是GICv3中的一部分，位于ITS（Interrupt Translation Service）中。
当设备触发MSI时，它会将数据写入GITS_TRANSLATER，其中的数据（称为EventID）与LPI的映射表关联，进而触发相应的LPI中断。
EventID可以看作是LPI的标识符。通过ITS，GIC能够将MSI消息转换为对应的LPI，并将其路由到适当的CPU。

3.3 GICv3所有的中断号

0~1023跟GICv2保存一致。

INTID	中断类型	描述
0~15	SGI
16~31	PPI
32~1019	SPI	设备发出的中断
1020~1023	SPI	用于特殊目的
1024~1055	-	保留
1056~1119	PPI	扩展的PPI，GICv3.1才支持
1120~4095	-	保留
4096~5119	SPI	扩展的SPI，GICv3.1才支持
5120~8191	-	保留
8192~芯片实现	LPI

4.LPI的触发方式

在上文中提到过两种触发方式，都是往寄存器写值，寄存器长啥样？写入什么类型的值？

4.1 第一种触发方式

直接写入GICR_SETLPIR寄存器

把LPI的中断号（INT ID）写入这个寄存器即可触发中断。

4.2 第二种触发方式（常用）

外设发送中断消息到ITS
- 当外设产生中断时，它会通过写入GITS_TRANSLATER（上图）寄存器发送一个中断消息。这个消息中包含两个重要的标识符：
- DeviceID：标识哪个设备发出了中断。这是外设的唯一ID。
- EventID：标识同一个设备上哪个具体事件发生了中断。一个设备可以触发多个中断，每个中断对应不同的EventID。
- 外设并不需要知道如何将这些ID转换成中断号（INTID）或路由到哪个处理器，这些都由GICv3的ITS模块处理。
ITS查找Device Table
- 当ITS接收到包含DeviceID和EventID的消息后，它会首先根据DeviceID在Device Table中查找该设备的记录。
  - Device Table 是一个全局表，每个能够产生MSI中断的设备在这个表中有一项记录。
  - 这项记录指向该设备的Interrupt Translation Table（ITT，中断转换表）。每个设备都有自己的ITT，用于将EventID映射到GIC中的中断ID（INTID）。
ITS查找Interrupt Translation Table（ITT）
- ITS使用EventID在设备的ITT中查找一项记录。
  - ITT 中的每一项记录包含：
    - INTID：这是最终传递到GIC中的中断标识符。GIC使用INTID来识别和处理这个中断。
    - Collection ID：用于标识该中断应该被路由到哪个处理器上的Redistributor。
ITS查找Collection Table
- ITS根据从ITT中找到的Collection ID在Collection Table中查找。
- Collection Table保存每个中断目标的信息。它包含将中断路由到哪个CPU核上的信息，即"Target Redistributor"。
中断路由到目标Redistributor
- ITS查找完Collection Table后，找到中断应发送的目标处理器（Redistributor）。
- 然后，它会将中断消息发往目标Redistributor，GIC最终将中断投递到对应的CPU核，完成中断处理。