ARMv8-A Generic Interrupt Controller(GIC)

本节描述下ARM架构下的中断控制器，The Generic Interrupt Controller（GIC）

ARM架构下GIC支持好几个版本，GIC-v1, GIC-v2, GIC-v3, GIC-v4

本系列文章重点聚焦在GIC-V3版本，而GIC-V3版本的典型代表就是GIC-500

关于GIC-500的特性

• GIC-500可以最大支持128Cores
• GIC-500目前只支持ARMv8架构
• GIC支持四种中断类型
• 支持CPU-Interface, Distributor

GIC-500和CPU之间的框图

• 中断的产生是通过physical interrupt signals(外设中断信号)或者Message-based Interrupts 或者SGIS。其实这就是GIC支持的几种中断类型
• GIC是通过AXI4-Stream专用接口连接到CPU上的

GIC-500的内部布局

可以看到GIC内部有两个重要的模块

• Distributor（仲裁器）:
• CPU Interface : CPU-Interface更倾向于CPU侧，每一个CPU都存在一个Interface。

再看一张更详细的图

此图中涉及了好几个概念，Distributor, CPU Interface, Redistributor, SGI， PPI， SPI， LPL

可以先看下面的中断状态和Distributor和CPU-interface的概念

• SPI会先从Distributor路由到Target Redsitributor，然后再路由到CPU-interface模块
• PPI直接会路由到local的Redsitributor
• SGI中断类型是由软件触发的，则会从core路由到CPU-interface和Redsitributor模块，然后会到Dsitributor模块，决定路由到一个或者多个cpu上

中断类型

GIC-v3中定义了四种中断类型

• SGI（Software Generated Interrupt）
  1. 中断号是0-15之间
  2. 用于core之间相互通信，由软件触发的中断，也可以称为IPI中断
• PPI（Private Perpheral Interrupt）
  1. 中断号在16-31之间
  2. 此类中断是每个core私有的，只用于当前core处理一些业务时使用，比如每个core上有一个tick中断，用于进程调度使用
• SPI（Shared Perpheral Interrupt）
  1. 中断号在32-1020之间
  2. 此类中断是由外设触发的中断信号产线，比如touch的触摸屏中断等
• LPI（Local-sperical Perpherial Interrupt）
  1. 此中断不只支持GIC-v1，GIC-v2.
  2. 只基于消息类型的中断

Distributor仲裁器

仲裁器的主要作用是对中断优先级排序，以及将SPI和PPI中断分发到Redistributor和CPU-Interface模块，仲裁器对应的寄存器为GICD_CTLR

• 使能或者关闭此中断（使能状态）
• 对中断进行设置优先级（优先级）
• 设置此中断的触发方式，是边沿触发还是电平触发（触发方式）
• 控制中断的状态（中断状态）
• 使能或者关闭Securiy（中断安全状态）
• 设置中断的Affinity（中断的亲合性）
• 中断的路由情况，是由那个cpu去处理此中断（中断路由信息）

以上就是Distributor的作用

CPU interface

每一个CPU对应到一个CPU Inrerface模块，当触发中断后，会由Distributor模块来设置中断的状态，以及路由到那个cpu

• 控制中断的状态，是否已经处理完毕（状态控制）
• 标识一个中断，获取中断的中断号（获取中断号）
• 设置中断的优先级，如果多个中断同时到CPU-interface模块，需要区分优先级（优先级）
• 决定是都要mask此中断等（MASK）

中断的状态

• InActive 中断当前没有触发
• Pending 中断已经触发了，正在等待相应的core处理中断，代表此中断已经路由到CPU interface模块了
• Active 代表此中断已经在处理中
• Active and Pending 代表相同的中断在处理中，又触发了一个相同的中断

中断状态的改变

• Inactive -> Pending
  • 此中断由外设触发了
• Pending -> Active
  • 此中断已经由CPU在处理了
• Active -> Inactive
  • 此中断已经处理完毕了

中断处理流程

• 外设或者软件触发一个中断,中断的状态设置为Pending
• 此中断会走到Dirtibutor模块，进行优先级，状态，亲合性，以及路由到那个core
• CPUinterface会将此中断路由到相应的core
• 此时CPU会访问Interrupt Acknowledge Register（ICC_IAR0）寄存器，会获取对应的INTID，然后会将中断的状态由pending修改为Active
• 当CPU处理完此中断后，软件上会写此EOI（End of Interrupt）标识此中断处理完毕
• 将中断的状态由active修改为inactive