[笔记] GICv3/v4 ITS 与 LPI

发布时间:2024年01月02日

0. 写在前面

由于移植一个 pcie 设备驱动时,需要处理该 pcie 设备的 msi 中断(message signaled interrup)。
在 ARM 中, ARM 建议 msi 中断实现方式为: pcie 设备往 cpu 的一段特殊内存(寄存器)写某一个值,触发 LPI 中断,来实现 pcie 的 MSI 中断。

本篇笔记是学习 《ARM? Generic Interrupt Controller Architecture Specification - GIC architecture version 3.0 and version 4.0》第 6 章所做的笔记。

1. LPI 中断

只有 GICv3/v4 支持 LPI(Locality-specific Peripheral Interrupts: 局部外设中断) 。

LPI 可以理解为非共享外设中断(Non-Shared Peripheral Interrupts)只能发送给一个核处理(类比 SPI 不设置为 1- N 模式,可以由多个核处理)

2. LPI 与 ITS(Interrupt Translation Service)

2.1 LPIs

LPI 是使用消息机制、边沿触发的中断。LPI 可以使用 ITS 来生成。ITS 可以生成一个 LPI 并将该 LPI 中断路由到一个指定的处理器核的 Redistributor 处理。

在 GICv3/v4 中,支持两种生成 LPI 的方式:

  1. 使用 ITS 将一个设备写入的 EventID 翻译为指定的 LPI 中断;
  2. 设备直接写 GICR_SETLPIR, 将 LPI 中断向量,发送给指定核的 Redistributor.

任一 SOC 芯片实现,只能使用上述两种方式之一。

如果一个 SOC 使用第二种方式生成 LPI(不实现 ITS),那么该 SOC 的 Redistributor 必须实现如下的寄存器:

寄存器描述
GICR_SETLPIR设置某一 LPI 向量为挂起状态,并生成 LPI 中断
GICR_CLRLPIR清除某一 LPI 向量的挂起状态
GICR_INVLPIR使无效某一 LPI 向量的已缓存配置信息,并从物理内存中的配置信息表中,重新缓存该 LPI 向量的配置信息
GICR_INVALLR使无效所有 LPI 向量的已缓存配置信息,并从物理内存中的配置信息表中,重新缓存所有 LPI 向量的配置信息
GICR_SYNCR指示 Redistributor 的某一写操作是否完成,比如写 GICR_CLRLPIRGICR_INVLPIRGICR_INVALLR

如果一个 SOC 使用第一种方式生成 LPI(实现 ITS),那么至少可以生成 8192 个 LPI。因为 ITS 支持生成的 LPI 向量过多,所以 LPI 中断的配置信息、pending 状态信息被保存在物理内存中,而不是寄存器中。配置信息表与状态信息表地址存储在 Redistributor 寄存器中。下图展示了使用 ITS 生成 LPI 的流程框图:
在这里插入图片描述

LPI 在 SOC 中存在一片物理内存,每个核的 Redistributor 都可以接受某一指定 LPI 向量。

对于某一指定的 Redistributor,LPI 的配置与 pending 状态信息使用两种内存中的表维护:

  1. LPI 配置表: 配置 LPI 向量的属性与使能位,LPI 配置表的基地址被定义在 GICR_PROPBASER 中,GICR_PROPBASER 应该在 GICR_CTLR.EnableLPIS 置 1 之前被更新。
  2. LPI pending 状态表:LPI pending 状态信息表中的 LPI 向量 pending 位支持内存备份,这个表特定于某一指定 Redistributor(每个 Redistributor 都有自己的 Pending 状态表?),表基地址被定义在 GICR_PENDBASER 中。

GICR_PROPBASER.IDBits 指定的支持的 LPI 中断数。
GICR_CTLR.EnableLPIS 置 1 表示使能 LPI。

2.1.1 LPI 配置表

LPI 配置表是全局的(所有的 Redistributor 使用同一份 LPI 配置表),GIC 是否支持 Redistributor 指向不同的 LPI 配置表是实现定义的。

一个 LPI 配置表的表项包含一个 LPI 中断向量的配置信息:

  • GICR_PROPBASER 指定一个 4KB 大小对齐的物理内存基地址
  • 对于 LPI 向量 N, 配置信息定义在 baseaddr + (N - 8192) 地址处(LPI 中断从 8192 开始?每一个 LPI 中断使用 1 字节保存配置信息),配置信息如下表:在这里插入图片描述
    配置信息字节中的位域定义如下:
  • Priority: 优先级定义
  • Enable: 当前的 LPI 中断是否使能

Redistributor 可以将LPI 配置表缓存到本地。

2.1.2 LPI pending 状态表

由软件写 GICR_PENDBASER 指定 LPI pending 状态表基地址。每一个 Redistributor 都维护自己的 LPI pending 状态表,用单独的位表示某一个 LPI 的状态信息:

  • 0 :表示某一 LPI 没有 Pending;
  • 1 :表示某一 LPI 处于 Pending 状态。

LPI 挂起信息表使用 1KB 对齐的物理内存,如果挂起信息表全 0,那么表示没有 LPI 处理 Pending 状态。

对于某一指定的 LPI:

  • Pending 状态表对应的 Pending 字节位置为 baseaddr + (N /8)
  • Pending 状态表对应的 Pending 位为 (N MOD 8)

2.2 ITS(Interrupt Translation Service)

ITS 使用某一 DeviceID 的设备写入内存的 EventID,翻译为:

  • 对应的 INTID
  • 目标处理器的 Redistributor,用于处理转换而来的 INTID

ITS 将 EventID 翻译为 LPI,ITS 翻译流程如下:

  1. DeviceID 选择 Device table 中的某一表项,表项保存该设备使用的中断翻译表 - Interrupt translation table(ITT) 的地址。
  2. EventID 选择中断翻译表的一个表项,用于确定输出的 LPI 中断向量号,中断集合 ID 号(ICID)
  3. ICID 从集合表 - Collection table 中,选择一个表项,用于确定处理 LPI 的目标 CPU 的 Redistributor.

总结:
所以,ITS 翻译过程会用到下列的表:

  • Device Table: 每一个 DeviceID 的设备都有一个表项,用于保存该设备使用的中断翻译表(ITT)。
  • 中断翻译表:ITT 保存 EventID 与 LPI ID 的对应关系。
  • 集合表:Collection table 保存中断集合 ID 号(ICID)与目标 Redistributor 的对应关系。
2.2.1 ITS 表

由于使用软件为 ITS 私有表提供内存,GIC提供了一组寄存器 - GITS_xxxR,这些寄存器用于实现下列功能:

  • ITS 需要的私有表的数量
  • 每一个表的表项大小
  • 每一个表的类型

GITS_BASER<n> 寄存器用于指定 ITS 表的基地址与大小,并且必须在 ITS 使能前被提供。

ITS 表拥有一级表结构或二级表结构,表结构通过 GITS_BASER<n>.Indirect 指定.

  • 0 : 一级表结构,当前表包含连续的 block 结构,block 格式是实现定义的。
  • 1 : 二级表结构,二级表结构格式是实现定义的,一级表的表项是 64 bit大小,并且拥有如下格式:
    • Bit[63] - Valid 位,置1表示有效,指向二级表基地址。
    • Bit[62 : 53] - 保留
    • Bit[51 : N] - 二级表结构基地址,N 表示 page size 大小
    • Bit[N-1 : 0] - 保留

下图显示了 ITS 生成 LPI 的流程(只关注物理 LPI):
在这里插入图片描述

2.2.2 中断集合- Interrupt Collections

ITS 认为所有生成的物理 LPI 是一个 Collections 的成员,Collection Table 基地址通过 ITS 寄存器指定,GITS_BASER<n>.Type == 0b100.

集合表的表项如何?手册没写

2.2.3 设备表 - Device Table

设备表保存 DeviecID 与 ITT 的映射关系,设备表的每一个表项保存一个 ITT 的基地址。

DeviceID 是分配给每个设备的唯一标识符,这个设备可以创建一系列的 EventID。比如 ARM 期望来自 PCIe Root Complex 的16位 Request ID 作为 ITS 使用的 DeviceID。DeviceID 提供设备表的索引值。

设备表的表项位域分配实例如下:
在这里插入图片描述

6.2.4 中断翻译表 - interrupt translation table

每个设备都有自己的中断翻译表(ITT),翻译表可以对应多个事件的 LPI 中断翻译。

ITT 表的大小由设备表的表项中的 ITT Range 位域决定,占用内存为 2^(ITT Range + 1) * GITS_TYPER.ITT_entry_size。

ITT 拥有与设备表相同的共享属性与 cache 属性。

ITT 的作用如下:

  • 描述 EventID 与 LPI ID 的对应关系;
  • 描述 EventID 与 ICID 的对应关系,ICID 用于在 Collection Table 中查找目标 Redistributor.

EventID 用作 ITT 的索引值。

ITT 表项的示例位域分配如下:
在这里插入图片描述

2.2.5 集合表 - Collection Table

集合表(CT) 保存中断集合号 - ICID 与目标 Redistributor 地址的映射关系。

每一个 ITS 都有一个 CT。ICID 提供 CT 使用的索引值。
CT 的表项位域分配实例如下:
在这里插入图片描述
其中: RDbase 位域格式由 GITS_TYPER.PTA 决定。

2.2.6 vPE Table

虚拟 LPI 中断使用的表,不看。

2.2.7 ITS 私有表的控制与配置

ITS 提供内存映射的寄存器,用于配置 ITS:

寄存器描述
GITS_IIDR / GITS_PIDR2提供版本信息
GITS_TYPER提供 ITS 支持的功能信息
GITS_CTLRITS 配置
GITS_TRANSLATER用于接收 EventID
GITS_BASER用于提供 ITS 私有表的地址、大小、访问属性
GITS_CBASER / GITS_CREADR / GITS_CWRITER提供 ITS 命令队列的地址信息
2.2.8 ITS 命令接口

下图显示了 ITS 如何提供命令队列使用的基址和大小。为什么会有命令队列这个东西?
在这里插入图片描述

  • GITS_CBASER: 提供命令队列基地址与大小以及访问属性。
  • GITS_CREADR: 指向 ITS 将要处理的下一个命令。
  • GITS_CWRITER : 指向软件可写入的下一个命令地址。

ITS 命令队列的队列项是 32 字节的,也就是 4KB 页大小的命令队列支持 128 个命令。

ITS 命令队列基地址是 64KB 对齐的,队列大小 4KB 对齐。

当第一个命令完成后,ITS开始处理下一个命令。读指针GITS_CREADR 的移动由 ITS 硬件维护 。如果GITS_CREADR 到达 GITS_CBASER 中指定的内存顶部,则跳回 GITS_CBASER 中指定的基址。GITS_CWRITER 由软件维护。

INT 命令可以产生中断?不是由设备写 EventID 产生中断?测试使用

答:
ITS 命令被 ITS 硬件用于维护 ITS 私有表,因为初始化时所有私有表结构都是0,只能通过 ITS 命令队列中的命令去维护 ITS 私有表,比如创建一个 DeviceID 与 ITT 的映射关系,已经 EventID 与 LPI 中断号的映射关系。

2.2.9 ITS 命令输出与 ITS 中断翻译

ITS 的命令由 ITS 硬件自动执行,在 SYNCVSYNC 命令完成后发起的中断翻译请求将使用与命令执行后的状态一致的ITS状态进行翻译。

2.2.10 中断映射规则的限制
  • 不可将多个 DeviceID - EventID 组合映射为同一个 LPI 中断
  • 任一 LPI 中断只能由一个 Redistributor 处理

2.3 ITS 命令

ITS 命令用于维护 ITS 私有表,创建 ITS 中断翻译过程中使用的映射关系。
必须在 ITS 中断使能之前,完成各私有表的映射关系初始化 (为各 DeviceID 分配 EventID 与 LPI ID?)。

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_42711537/article/details/135327490
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