PCIe中断机制

PCIE中断分类

PCIe有三种中断,分别为INTx中断，MSI中断，MSI-X中断，其中INTx是可选的，MSI/MSI-X是必须实现的。MSI， message signal interrupt, 是PCI设备通过写一个特定消息到特定地址，从而触发一个CPU中断。特定消息指的是PCIe总线中的Memory Write TLP, 特定地址一般存放在MSI capability中。

PCI总线自3.0版本开始支持MSI-X机制，对MSI做出了一些升级和改进，以克服MSI机制的三个主要的缺陷：

1. 随着系统的发展，对于特定的大型应用，32个中断向量不够用了；
2. 只有一个目标地址使得多核CPU情况下的，静态中断分配变得困难。如果能够使每个向量对应不同的唯一的地址，便会灵活很多；
3. 某些应用中的中断优先级混乱问题。

MSI和MSI-X的规格对比：

PCIE中断机制-MSI

PCIe设备在提交MSI中断请求时，都是向MSI/MSI-X Capability结构中的Message Address的地址写Message Data数据，从而组成一个存储器写TLP，向处理器提交中断请求。

Capability ID的值是只读的，05h表示支持MSI功能。

Next Capability Pointer也是只读的，其用于查找下一个Capability Structure的位置，其值为00h则表示到达Linked List的最后了。

Message Control Register用于确定MSI的格式与支持的功能等信息

Mask Bits
中断掩码寄存器
PCIe总线规定当一个设备使用MSI中断机制时，最多使用32个中断向量，一个设备最多发送32种中断请求，所以Mask Bits为32位，相应位为1时表示相应的中断被屏蔽。该字段和Pending字段对于MSI中断机制是可选字段。

Pending Bits
待处理中断寄存器。
该字段对于系统软件可读，PCIe设备内部逻辑可以改变该字段的值。该字段的长度为32位，与Mask字段配合使用，当一个中断对应的Mask bit位为1（屏蔽）时，Pending Bits字段对应的位将被PCIe内部逻辑置1，此时PCIe设备并不会向中断控制器发送MSI中断报文；当系统软件将对应的Mask bit位由1改为0时，PCIe设备向中断控制器发送MSI中断报文。
在PCIe设备驱动程序开发时，有时需要Mask Bits和Pending Bits字段配合防止处理器丢失中断请求。

PCIE中断机制-MSI-X

Capability ID:记载MSI-X Capability结构的ID号，其值为0x11
Message Control: 存放当前PCIe设备使用MSI-x机制进行中断请求的状态和控制信息。

MSI-x enable:控制MSI-x的中断使能 ;
Function Mask:是中断请求的全局Mask位，如果该位为1，该设备所有的中断请求都将被屏蔽；如果该位为0，则由Per Vector Mask位，决定是否屏蔽相应的中断请求。Per Vector Mask位在MSI-X Table中定义;
Table Size: 存放MSI-X table的大小
Table BIR: BAR Indicator Register: 该字段存放MSI-X Table所在的位置，PCIe总线规范规定MSI-X Table存放在设备的BAR空间中。该字段表示设备使用BAR0 ~ 5寄存器中的哪个空间存放MSI-X table。
Table Offset:存放MSI-X Table在相应BAR空间中的偏移。
PBA(Pending Bit Array) BIR: 存放Pending Table在PCIe设备的哪个BAR空间中。在通常情况下，Pending Table和MSI-X Table存放在PCIe设备的同一个BAR空间中。
PBA Offset: 该字段存放Pending Table在相应BAR空间中的偏移。

PCIE中断机制-MSI-X Table

MSI-X Table存放该设备使用的所有“Message Address”和“Message Data”！MSI-X Table由多个Entry组成，其中每个Entry与一个中断请求相对应，每个Entry中存在四个参数：
Msg Addr：当MSI-X Enable位有效时，该字段存放MSI-X存储器写事务的目的地址低32位，该字段的31：2位有效，系统软件可读可写。
Msg Upper Addr：当MSI-X Enable位有效时，该字段存放MSI-X存储器写事务的目的地址高32位。
Msg Data：存放MSI-X中断报文使用的数据。
Vector Control：该字段可读可写，该字段只有第0位（Per Vector Mask）位有效，其他未保留，该位在复位时为0，为1时，PCIe设备不能使用该Entry提交中断请求，与MSI机制中的Mask位类似。