arm GIC介绍之一【转】
转自：https://blog.csdn.net/sunsissy/article/details/73791470
GIC是ARM架构中及其重要的部分，本文只在公开ARM对应资料基础上，以MTK开发板为基础整理。个人理解之后记录，巩固和加深认识，仅此而已，如果有错误，欢迎指出。
1. GIC的概述
看过SOC架构的同学知道，CPU接受外部的中断处理请求，并进行处理，其实是一个被动接受的过程，这样好处是既能
保证主任务的执行效率，又能及时获知外部的请求，从而处理重要的设备请求操作。
如图：
GIC的全称为general interrupt controller,主要作用可以归结为：
接受硬件中断信号，并进行简单处理，通过一定的设置策略，分给对应的CPU进行处理。
这样的图比较简单，可以看下在ARM完整的SOC结构中，其位置是什么样的：
这是ARM比较新的架构图，其中CORELINK CCI-500是片上互联总线，也就是AMBA，在这总线上面挂了不同的设备。比如NIC-400设备，这可以理解为network interface设备，在这个设备上使用者可以再连接其它需要的器件。那么cpu，也就是cortex-72(大核)和cortex-53(小核)也是挂在总线上。上接GIC-500，也就是我们说的中断控制器，这个图其实是逻辑上的，实际中，GIC-500也是有线连接到CCI-500上，通过CCI-500和cpu连接交互，ARM的Distributor应该是为表示cpu和GIC之间的关系，才将其逻辑图表示成大家看到的。详细的可以参考ARM的官方网站介绍。
2.硬件中断的分类和GIC的组成
2.1 GIC_V2的介绍
我们知道了GIC的大致用途，那么它包含了那些部分，如果工作的，有什么特殊的地方呢。
OK，我们一个一个来。先来看下GIC的大致组成结构：
这是经典的GIC V2图，实际上大家能看到的经典的图也是这个。
2.1.1中断源的分类
这里面把硬件中断源分为了3类：
SPI:这是shared peripheral interrupt , 这是常见的外部设备中断，也定义为共享中断，比如按键触发一个中断，手机触摸屏触发的中断，共享的意思是说
可以多个Cpu或者说Core处理，不限定特定的Cpu。一般定义的硬件中断号范围31~1019.
PPI:这里指的是private peripheral interrupt，16~31，私有中断，为什么这样说呢，这些中断一般是发送给特定的Cpu的，比如每个Cpu有自己对应的Physicaltimer,产生的中断信号就发送给这个特定的cpu进行处理。比如ARM_V8平台上的：
在设备上，cat /proc/interrupts可以看到：
SGI:这个中断有些同学遇到的比较少，software generatedinterrupt，软件出发产生的中断，中断号范围0~15，也就是最前的16个中断。如果在X86平台上做过开发工作的同学可能有影响，其实这就是相当于IPI，简单的说Cpu_1要给Cpu_2发送特定信息，比如时间同步，全局进程调度信息，就通过软件中断方式，目标Cpu接受到这样的中断信息，可以获取到信息是哪个Cpu发送过来的，具体的中断ID是哪个数字，从而找到对应处理方式进行处理。比如MTK上的：
2.1.2 GIC的组成
这是硬件中断的分类。
那么GIC控制器完成这样的中断信号收集和分发工作，也划分了几个功能部分，见上面第2个图。包含2个部分：
Distributor和CPU interface.
Distributor:
The Distributor block performs interruptprioritization anddistribution to the CPU interface
blocks that connect to the processors in the system. The Distributor blockregisters are identified by the GICD_ prefix
The Distributor provides a programminginterface for:
• Globally enabling the forwarding of interrupts to the CPU interfaces.
• Enabling or disabling eachinterrupt.
• Setting the priority level of each interrupt.
• Setting the target processor list of each interrupt.
• Setting each peripheral interrupt to be level-sensitive oredge-triggered.
• Setting each interrupt as either Group 0 or Group 1.
CPU Interface:
Each CPU interface block provides theinterface for a processorthat is connected to the GIC. Each CPUinterfaceprovides
a programming interface for:
• enabling the signaling of interrupt requests to the processor
• acknowledging an interrupt
• indicating completion of the processing of an interrupt
• setting an interrupt priority mask for the processor
• defining the preemption policy for the processor
• determiningthe highest priority pending interrupt for the processor .
这是其英文解释，其实总的来说：
Distributor,做为一个中断路由的设备，主要完成工作：
对整个中断控制器设备的使能等操作。
对每一个中断的优先级控制。
对每一个中断的触发方式设置。
对没一个中断的目标发送CPU进行设置，决定分发到哪个具体的CPU上进行处理。
对中断的去向，是到G0还是G1，这个是安全域的概念。我们后面补充GIC V3和V4的概念再展开说。
记录每个中断的状态，是否到来，是否处理中，是否处理完，是否在等待发送状态等等。
那么，CPUInterface主要工作是：
使能和发送一个具体的中断信号到特定对应的CPU上，
确认具体中断已经被CPU接受，处理，以及处理完成。
设置cpu能接受的中断的优先级别。以及对应的基于级别的中断抢断等处理。
所以，从第二个图来说。中断信号先到Distributor,然后根据设定目标CPU，送到CPU对应的Interface上，在这里仲裁是否优先级足够高，
是否可以抢断或者打断当前的终端处理等，如果可以，那么CPU Interface就发送一个物理的SIGNAL到CPU的IRQ接线上，CPU感知到中断信号，
从而转到中断模式进行处理。
那么途中带*号的IRQ和FIQ是什么意思呢？
FIQ是Fastinterrupt request,这是ARM上定义的一种中断处理方式，某些终端需要快速处理完成，在这种情况下，CPU会简化操作，然后退出中断。
那么从留向来说，途中是直接到CPU侧的，没有经过Distributor?
是的，我们说过，Distributor可以被使能，等各种操作，那么当其主功能暂时关闭了怎么办呢，这就又了BYPASS功能，一个已将IRQ直接绕过它，
送到CPU侧，在某些情况下这可以作为一个唤醒的信号源去WAKE UP 对应的CPU，或者可以设置成为X86上的NMI,也就是不可屏蔽中断来处理。
2.2 GIC_V3的介绍
在现在市面上看到的手机或者其它设备产品中，既有老的V2版本的中断控制器，也有比较新的V3结构的，而且是在不断向后演进，我们有必要依照新的V3的来说明，毕竟，这是后面的趋势，比如现在大家现在可以看到GIC_V4的介绍了。
好，我们切入正题，在之前介绍GIC_V2的基础上我们扩展下。
在上图中，我们在GIC_V3的基础上整理出这样的结构图，其实主题结构和V2是大致一样的，但是我们会发现，多了Redistributor这样的组件，这是为啥呢？另外，我也也看到cpuinterface移到GIC外面了，为啥这样表示逻辑图呢?多出来的LPI这个中断是做什么用的？
2.2.2 GIC中断
其实，LPI解释为LPI (Locality-specific Peripheral Interrupt)。
所有的中断类型可以分为：
SGI：software generated Interrupt
软件触发的中断，这个和之前解释的一致。
PPI：Private Peripheral Interrupt
私有中断类型，这个和之前解释的也是一致。但是PPI直接到Redistributor，绕过, 这是因为增加的Redistributor一个是为LPI需要，特殊的中断类型，既然PPI是各自CPU都有的，就没必要再经过之前的Distributor
来分发了，这样也导致了其中的寄存器等也做了修改。我们后面介绍寄存器时候再说明。
SPI：SharedPeripheral InterruptDistributor
共享外围硬件中断，这个也是和GIC_V2解释一样的ID32-ID1019。
但是，多了LPI(Locality-specific Peripheral Interrupt)
LPIs are new in GICv3, and they are different to the other types of
interruptin a number of ways . In particular, LPIs are always
message-based interrupts,and their configuration is held in tables in
memory rather than registers.
这是一个基于消息的中断类型，是ARM为后续的SERVER等产品做的扩展。
在传统的GIC流程中如上图，外围设备的中断触发线是引出到GIC上的，这样可以理解为一个物理的SIGNAL，比如一个高电平信号，边沿触发信号。
但是实际上在现在GIC_V3中，中断可以依照MESSAGEBASED方式来触发，外围设备的终端信号先到INTERCONNECT(AMBA总线)，然后片上总线再给GIC发送一个消息，这个作为一个IRQ来源，这就是基于消息的中断的简单解释，当然这个需要总线，SOC等做调整适配，在这里我们不展开来说，有兴趣的同学可以看看CCI-500等总线如何定义信号灯细节的。
我们这样来表示下整个图：
从ITS是Interrupt Translate service，如果我们只看图右侧的部分，X86上经典的PCI总线，经过一系列转换发送一个中断到X86的CPU上，从而处理。那么现在我要直接把这部分搬到arm，由于体系架构不同，中断控制器逻辑和流程都不一样， X86对应APIC-IO 和Local APIC这样的终端控制逻辑。
但是我们可以这样来处理：
-
我们增加一个ITS，在这里定义好特定的消息，包含消息从哪里来的，比如PCI-ROOT，具体的设备编号，比如PCIe-endpoint对应的设备，可能是个音频设备，或者简单的按键，这都不是重点。关键是ITS可以根据定义好的配置，来把对PCI发来的中断消息进行转换，比如转换成IRQ_ID:8200终端
-
这样就可以发送到Redistributor上进行分发处理，和一般的IRQ类似，但是不经过Distributor，其中断也没有Pending状态，如果处理不过来丢失了那就丢失了，不会特别的关注。
从现在我们看到的资料来说，还没有看到LPI的具体应用，但是ARM已经在在很多方面为SERVER的架构做了调整，这也是其中一个，所以在这里会提示下，但不是我们介绍的重点。
2.2.2 GIC的组成
我们在上面图中，给出GIC_V3已经之后对应的逻辑图，从中可以看到几个部分：
Distributor
The Distributor registers arememory-mapped, and contain global settings that affect all PEs
connected to the interrupt controller. The Distributor provides a programminginterface for:
· Interrupt prioritization and distribution of SPIs.
· Enabling and disabling SPIs.
· Setting the priority level of each SPI.
· Routing information for each SPI.
· Setting each SPI to be level-sensitive or edge-triggered.
· Generating message-based SPIs.
· Controlling the active and pending state of SPIs.
· Controls to determine the programmers’ model that is used in each Securitystate (affinity routing or legacy).
CPU Interface
Each Redistributor is connected to aCPU interface. The CPU interface provides a programming interface for:
· General control and configuration to enable interrupt handling.
· Acknowledging an interrupt.
· Performing a priority drop and deactivation of interrupts.
· Setting an interrupt priority mask for the PE.
· Defining the preemption policy for the PE.
· Determining the highest priority pending interrupt for the PE
Redistribute (V3,V4)
For each connected PE there is aRedistributor. The Redistributors provides a programming interface for:
· Enabling and disabling SGIs and PPIs.
· Setting the priority level of SGIs and PPIs.
· Setting each PPI to be level-sensitive or edge-triggered.
· Assigning each SGI and PPI to an interrupt group.
· Controlling the state of SGIs and PPIs.
· Base address control for the data structures in memory that support theassociated interrupt properties and pending state for LPIs.
· Power management support for the connected PE.
其实之前对应的Distributor 和CPU Interface也还是一致的，但是Distributor不再处理PPI这样的中断，PPI直接送到Redistribute来处理，另外Redistribute也会处理LPI类型中断，其它逻辑上和我们之前介绍的是相似的，在这里不再重复。
2.3 IRQ生命周期
从GIC角度来说，一个中断可以分为几个阶段，对应不同的状态：
当GIC上配置的中断，配置好之后，没有其对应的中断到来，或者之前处理的中断已经完全结束了，这个可以表示为
Deactive状态或者Inactive，如果中断信号到来，GIC获取到了，这个时候要经过一系列的的判断，然后送给对应的CPU来处理，在CPU确认该中断并处理之前，状态是Pending，如果CPU获取到了该终端确认要处理了，那么久变为Active状态。这个时候，对应的GIC上终端信号线可能依旧有效，比如高电平触发的终端信号还没有被拉低，或者说又来一个同样的终端，那就是Activeand Pending。
2.4 IRQ Group
在ARM中，新的架构上引入了EX的概念，如果Ex0/1/2/3，以及安全域和非安全域，这个我会在补充个Topic：TRUSTZONE来说明，或者大家也查看资料来理解ARM的工作模式，比如FIQ/IRQ等传统模式。只是现在ARM淡化了这样模式，使用Ex,exception level 0/1/2/3，比如我们看到的ANDROID APP就是在Ex0，也就是USER空间，Ex1是我们常见的KERNEL空间。Ex2是对应的Hypervisor，虚拟化对应的空间，那么Ex3就是最好的权限和异常级别，这里可以由各个芯片厂家自己定义来添加对应的如ATF底层功能。
另外还在CPU上划分了SECURE 和NON-SECURE空间，这需要ARM对应的控制寄存器等来进行权限控制。
所以，IRQ的发到一个CPU上，还需要知道送到哪个Ex去处理，是送到KERNEL(Ex1)?还是安全域里面，这也在GIC里面进行配置，然后一个IRQ到来了才会往对应的寄存器里面发送。
OK，这概念比较抽象，我们在后面详细介绍GIC主要的寄存器和功能时候，会介绍，如果能理解对应的寄存器和作用，那么GIC的组成和功能也就明白了。
即将增加GIC介绍之二，寄存器说明......
