GIC入门（一）：中断类型，状态转换，中断路由，安全模型
GIC是ARM的通用中断处理器，和ARM Cortex-A和Cortex-R系列CPU搭配使用，M系列使用NVIC(nested vectored interrupt controller)。
本篇文章介绍GIC V3、V4的一些基本概念：中断类型，状态转换，中断路由，安全模型
1.Interrupt types
SPI: shared phripheral interrupt，可以设置为被所有PE处理的外设中断
SGI: software generated interrupt
PPI: private peripheral interrupt，绑定到固定PE进行处理的外设中断
LPI: locality-specific peripheral interrupt（GIC V3之后增加的feature）
GIC根据INTID区分不同类型的中断源：
外设发送中断给CPU的通路有两种，一种是通过signal信号线连接到GIC，一种是通过写GIC中的寄存器，这种方式叫做MSI（message-signaled interrupt）。MSI是GIC V3新增feature。
注1：使用signal信号线的方式，在大型系统有很多中断线的应用场景下造成信号线过多面积很大，使用MSI可以避免这个问题。
注2：SPI可以被设计为信号线或MSI两种方式，LPI总是MSI方式。
2.一个中断的状态机
GIC为SPI,SGI,PPI的每个中断源维护一个状态机，共有四种状态：
Inactive：该中断源处于未激活状态
Pending：中断源触发状态，GIC感知到，但还未被分发到PE
Active：中断已经被某个PE认领确认
Active and pending：这个中断源的一次触发已经被PE确认，同时这个中断源的另一次触发正在pending状态
中断的生命周期取决于它被配置为电平触发还是沿触发，二者的区别：
电平触发
沿触发
配置为电平触发时，中断源trigger电平为高，GIC-Core信号随之为高，此时中断状态变为pending。当信号被分发到PE并被PE确认之后，GIC-Core信号变为低，但中断源信号仍为高，因此此时中断状态为active and pending。直到中断源信号变为低，中断状态转为active。中断处理结束之后状态转为inactive。完成一次中断处理的状态周期。
配置为沿触发时，中断源trigger边沿信号之后变为低，检测到沿信号之后GIC-Core置高，此时中断未被分发到PE，状态是pending。PE确认中断之后GIC-Core信号随之置低，中断状态变为active，PE对当前中断源进行对应的处理。若此时再次触发中断，中断状态变为active and pending。当前中断处理完之后，GIC-Core置高，等到PE响应，中断状态变回pending。
结论：沿触发的状态周期相对电平触发短。
3.中断如何路由到指定PE
ARM架构中为每一个PE都设置特定的标识符，这个标识符存在MPIDR_EL1寄存器中，位域定义如下：
ARM不同的处理器有不同的定义和实现，常见的两种实现如下：
ARM Cortex-A53/A57中：
ARM Cortex-A55/A76中：
GIC正是根据affinity的值来确定要路由到哪个PE。
4.安全模型
ARM引入了特权等级概念（参考Learn the architecture - AArch64 Exception Model (arm.com)），相应的，根据处理中断的状态为安全、非安全，中断也被分为了三组：
即需要由运行在EL3的runtime firmware处理的中断，需要由运行在S-EL1的T-OS处理的中断，以及需要由运行在NS-EL1/2的OS或虚拟化处理的中断。因此在软件上，中断向量表应该至少存在三份，来处理对应的中断。
此外，当PE运行在不同的状态时，可能会接收到上述三种中断的任意一种，比如运行在非安全状态，但来了需要EL3处理的SGroup0中断，那么就需要切换到对应的EL3状态来对这个中断进行处理。如下图所示：
被带到EL3的中断都是FIQ，在当前状态可以处理的中断是IRQ，如下表：
注：ARM V9中提出的realm，会被GIC视为非安全状态的一个扩展
注：GIC可以通过配置寄存器GICD_CTLR.DS位域设置安全状态有几种，设置为0时支持安全和非安全，设置为1时只支持安全状态。
下一章介绍GIC寄存器组成，配置和中断处理。
