中断 INTX 》MSI 》MSI-X

简单来说，CPU正忙着做自己的事情，这时硬件（例如键盘按下）触发了一个电信号，该信号通过中断线传给中断控制器，中断控制器接收到这个信号，向CPU发送一个信号，申请CPU执行刚才的硬件操作， 然后在执行后向中断控制器发送信号，告知它已被处理。

中断演进 ： INTX -》MSI -》 MSI-X

先说 INTX：

如下一个CPU图：

标记为红色的两个引脚是 80386 处理器为中断保留的两个引脚。其中 INTR 是可屏蔽的中断输入端口，NMI 是不可屏蔽的中断输入端口。

问：如何将中断输入到处理器？    外部设备那么多，但 cpu 只有一个输入引脚？

那就需要用到中断控制器了

可编程中断控制器 （PIC）如下：

IR0-IR7：负责连接外部设备，中断输入。

D0-d7：连接系统总线的数据线，数据输入，对应上面CPU d0-d31。

INT：中断请求信号，输出，连接CPU INTR。

通常，8259A芯片是两级级联，总共可以连接8 x 8=64个外围设备。

连接拓扑如下：

中断处理过程

当键盘发生中断事件时。此事件通过 IRQ1 中断线通知主PIC。经过一些内部判断和处理后，主PIC通过int向CPU侧的“INT”发送电信号。执行当前指令后，CPU检查“INT”中是否有信号，表示有中断请求。然后它检查如果 EFLAGS 不为零，表示当前允许处理中断，就向 pic 的“INTA”发送信号，告诉它发送该中断的“vector number”。在接收到信号后，该向量通过d0-d7引脚将中断编号发送到CPU。CPU 获取此编号后，可以从 IDT 中找到中断服务例程 （ISR） 进行处理。执行后，向 i8259a 发送 “INTA” 信号，表示它已经完成了刚才的请求。

IDT 中断向量表，或者叫门描述符，对应了各个中断号的处理函数，大概如下的形式：

32	Intr_deal_function_32
33	Intr_deal_function_33
34	Intr_deal_function_34
35	35

IDTR 寄存器保留 IDT 表的基址

中断编号 +32 = 中断向量 Linux

中断编号 +48 = 中断向量 Win

再说MSI:

INTX 最多支持 64 个中断，随着中断数量的增加，芯片组引脚不够用，因此引入了 MSI。

英文：Message Signaled Interrupt

MSI 允许设备将一小段数据（消息数据）写入指定的 MMIO 地址（消息地址），然后芯片组生成中断给 CPU

配置空间如下：

Capability ID = 0x5

Message Control bit :

Bit-0   : MSI enable

Bit1-3 : the number of interrupts supported，4^xx

Bit4-6 : the number of interrupts enabled, 4^xx

Bit7      : 1=64-bit address structure ，0=32-bit

Bit8      : 1=support mask , 0= not support

Why is only 32 interrupts supported?

Why it require a continuous interrupt number?

常常看到MSI单设备支持32个中断，为什么呢，从上图可以看到

MASK BIT就只有32位，所以只能支持32个中断。

Bit4-6来看，enable的中断只能是1，4，8，16，32，并不能指定1 3 5这样的enable方式，

所以msi支持的中断号必须是连续的。

Message Address

Message Address ：当中断来临时，PCIE将消息数据写入此地址

Message Address格式如图

Address Format : 0xFEEx-xxxx

Destination Id :    target cpu id

RH :                      0= sent to the specify cpu; 1= select one from the all CPUs

DM :                     0= physical cpu; 1= virtual cpu

当我们把数据写给0FEEXXXX的时候，实际上是写给LAPIC的，所以当我们写地址的时候，会触发CPU中断。

Linux系统上面可以尝试一下操作：

MSI  Message Data

Message Data ：存放MSI消息使用的数据。

Message Data和Message Address由系统在计算机启动时就已经配置好了。

Message Data格式如下：

Bit0-7 : 此 8 位字段包含与消息关联的中断向量。取值范围从 010H 到 0FEH。

Trigger Mode ：0=表示边缘敏感。1=表示电平敏感。

Bit8-10 : Delivery Mode，This 3-bit field specifies how the interrupt receipt is handled.

0= Fixed Mode

1= Lowest Priority

10= System Management Interrupt or SMI

100=NMI

最后是MSI-X：

MSI 要求中断数是连续的，现在单个设备 32 个中断也不够用，所以引入了 MSI-X。

MSI-X 不要求中断数是连续的，单个设备支持 2048 个中断。

MSI-X 如何支持 2048 中断？

配置空间如下：

Message Control

Bit0-10 : Table size, 2^10=Max 2048 interrupts

Bit14 : 1 = Mask all interrupt 

MSI-x table offset : the offset over bar

Table BIR : the number of the bar

MSI-x 信息记录到BAR上面，每个中断会在BAR上有一条记录，中断信息在BAR上的记录的样子如下：

每个中断都使用单独的“消息地址”字段和“消息数据”字段。

一些实践性操作

Linux下小实验：

Watch ‘cat /proc/interrupts’

设置亲和性：

Windows 中断亲和性

注册表中配置：

windows亲和性工具：

Interrupt_Affinity_Policy_Tool