CICv3 介绍

关于GICv3

GICv3体系结构设计为ARMv8-A和ARMv8-R设计。
GICv3支持：

• The ARMv8 architecture.
• Locality-specific Peripheral Interrupts(LPIs).
• Private Peripheral Interrupts (PPIs).
• Software Generated Interrupts (SGIs).
• Shared Peripheral Interrupts (SPIs).
• Interrupt masking and prioritization.
• Uniprocessor and multiprocessor systems.
• Wakeup events in power management environments.

对于每个PE，GIC架构描述了如何从系统内不同类型的中断生成IRQ和FIQ中断。ARMv8-A异常模型随后描述了PE如何处理这些IRQ和FIQ中断。

• GICv3体系结构支持与两种安全状态（Secure state和Non-secure state）相关的v3中断的路由和处理。
• GICv3架构支持用于处理与虚拟机相关联的虚拟中断。

GICv3相对于 GICv2的修改

GIC scalability

GICv2体系结构最多只支持八个PE，因此具有无法扩展到大型系统的功能。GICv3通过改变中断路由的机制（称为关联路由）和在中断分布中引入一个新组件（称为Redistributor）来解决这一问题。

Interrupt grouping

• Group 0的物理中断（physical interrupts）处理在最高的异常等级(Exception level-EL3)处理。
• Secure Group 1的物理中断（physical interrupts）预计将在Secure EL1处理。
• Non-secure Group 1的物理中断physical interrupts，在使用虚拟化的系统中，在Non-secure EL2处处理。或在不使用虚拟化系统的Non-secure EL1处处理。

在GICv3中，中断分组支持：

• 将每个中断配置为Group 0,、Secure Group 1或Non-secure Group 1。
• 使用FIQ异常请求向目标PE发送Group 0物理中断信号。
• 安全模式下，Group 1的物理中断可以使用IRQ。
• 用于处理Group 0和Group 1中断优先级的统一方案。

Interrupt Translation Service (ITS)

中断翻译服务，
提供功能允许软件控制转发到ITS的中断如何转换为：

• GICv3和GICv4中的物理中断。
• 虚拟中断，仅在GICv4中。
  ITS还允许软件确定转换中断的目标Redistributor。软件可以通过命令接口和存储器中相关的基于表的结构来控制ITS。中断翻译服务（ITS）的输出总是LPI，这是一种基于消息的中断形式。

Locality-specific Peripheral Interrupts (LPIs)

LPI是一种新的中断类型，它大大扩展了GIC可以处理的中断ID空间。LPI是可选的，如果实现，则可以由中断翻译服务ITS生成和支持。

Software Generated Interrupts (SGIs)

由于GICv3支持大规模系统，SGI的上下文被修改，不再包含源PE的身份。

Shared Peripheral Interrupts (SPIs)

在Distributor中添加了一组新的寄存器，以支持基于消息的SPI的设置和清除。

System register interface

该接口使用ARMv8-A或ARMv8-R PE中的系统寄存器指令为CPU interface寄存器提供紧密耦合的接口。
该接口用于与中断处理和优先级屏蔽直接相关的寄存器。
对于虚拟化，以这种方式访问的寄存器既包括由VM中断处理程序访问的寄存器，也包括将虚拟中断从管理程序转发到VM的寄存器。
所有其他寄存器都是内存映射的。

对于AArch64状态，通过以下设置启用对系统寄存器接口的访问:

• ICC_SRE_EL1.SRE == 1.
• ICC_SRE_EL2.SRE == 1.
• ICC_SRE_EL3.SRE == 1.

…

Changes specific to GICv4

GICv4增加了对虚拟中断直接注入VM的支持，而不涉及虚拟机管理程序。只有实现至少一个将中断转换为LPI的ITS的系统才支持直接注入。

Terminology

Interrupt types

Locality-specific Peripheral Interrupt (LPI)
LPI是一个目标外围中断，它被路由到关联层次结构中的特定PE：

• 在启用了两种安全状态的系统中，LPI始终是非安全group 1中断。
• LPI具有边缘触发行为。 可使用ITS路由LPI。
• LPI没有激活状态，因此不需要显式停用。
• LPI始终是基于消息的中断。

Private Peripheral Interrupt (PPI)
这是一个以单个特定PE为目标的外围中断，不同PE可以使用相同的中断号来指示不同的事件：

• PPI可以是group 0中断、group 1安全中断或group 1非安全中断。
• PPI可以支持边缘触发或水平触发。
• PPI从不使用ITS路由。
• PPI处于激活状态，因此需要明确停用。

Shared Peripheral Interrupt (SPI)
这是一个外围中断，分发服务器可以将其路由到可以处理该中断的指定PE，或者路由到系统中已配置为接受此类中断的一组PE之一的PE：

• SPI可以是group 0中断、安全group1中断或非安全group1。
• SPIs可以支持边缘触发或水平触发。
• SPIs从不使用ITS路由。
• SPIs具有活动状态，因此需要显式停用。

Software Generated Interrupt (SGI)
SGI通常用于处理器间通信，并通过写入GIC中的SGI寄存器生成：

• SGI可以是group 0中断、group 1安全中断或group 1非安全中断。
• SGI具有边缘触发行为。
• SGI从不使用ITS路由。
• SGI处于激活状态，因此需要显式停用。

Interrupt states

Inactive ： not active 或者pending的中断。
Pending： 由于硬件或者软件生成，并等待由目标PE处理的中断状态。
Active： 一种已被PE确认并正在处理的中断，且该时间段没有同样的中断给PE。
LPI没有活动状态，并在PE确认后转换到非活动状态。
Active and pending：同一个中断，从中断的一个断言开始处于活动状态，从后续断言开始处于挂起状态。
LPI不具有活动和挂起状态，并且在PE确认后转换到非活动状态。

Models for handling interrupts

在多处理器实现中，存在以下用于处理中断的模型：
Targeted distribution model
该模型适用于所有PPI和所有LPI。软件指定的目标PE接收中断。

Targeted list model
此模型仅适用于SGI。多个PE独立地接收中断。当PE确认中断时，仅为该PE清除中断挂起状态。在PE确认中断之前，每个PE的中断保持独立挂起。

1 of N model
此模型仅适用于SPIs。中断以指定的PE集合为目标，并且仅在该集合中的一个PE上执行。该体系结构对可选择PE施加限制。

其他项

Idle priority
在GICv3中，空闲优先级是在CPU interface 上没有中断活动时从ICC_RPR_EL1读取的运行优先级。

Interrupt Identifier (INTID)
唯一标识具有关联事件及其源的中断的数字空间。然后将中断路由到一个或多个PE进行处理。PPI和SGI中断号对每个PE都是本地的。SPI和LPI具有物理域的全局中断号

Interrupt Routing Infrastructure (IRI)
Distributor, Redistributors 以及 ITSs

Message-based interrupt
基于消息的中断是由于对指定地址的内存写入访问而被断言的中断。物理中断可以转换为基于消息的中断。
GICv3支持两种基于消息的中断机制：

• 一种SPI通信机制，其中分配的地址保存在Distributor中。
• 一种传送LPI的机制，其中分配的地址保存在ITS中（如果实施了ITS），或保存在Redistributor中。

Physical interrupt
以物理PE为目标的中断是物理中断。它由PE所连接的物理CPU interface向PE发出信号。

Running priority
在任何给定时间，CPU interface的运行优先级为：

• 活动中断的组优先级，该接口上没有优先级下降。
• 如果接口上没有优先级下降的活动中断，则运行优先级为空闲优先级

Sufficient priority
GIC CPU interface将启用的未决中断的优先级与以下所有值进行比较，以确定中断是否具有足够的优先级：

• 优先级掩码寄存器ICC_PMR_EL1。
• 接口的抢占设置，如ICC_BPR0_EL1和ICC_BPR1_EL1所示。
• CPU接口的当前运行优先级，如ICC_RPR_EL1所示。

如果中断具有足够的优先级，则向连接的PE发出信号。

Virtual interrupt
以VM为目标的中断是虚拟中断。它由关联的virtual CPU interface发出信号。

Maintenance interrupt
一种物理中断，用信号通知与VM上的中断处理相关的关键事件，以允许管理程序跟踪这些事件。这些事件由管理程序处理，包括启用和禁用一组特定的中断。

Supported configurations and compatibility

在ARMv8-A中，EL2和EL3是可选的，PE可以支持其中一个、两个或两个异常级别。

• PE要求EL3同时支持安全和非安全状态。
• PE需要EL2来支持虚拟化。
• 如果未实现EL3，则只有一个安全状态。此安全状态为安全状态或 非安全状态。

Affinity routing configuration

• 非对称配置，其中非安全状态启用关联路由，安全状态禁用关联路由。这为安全的传统环境提供了支持。
• 在legacy-only环境中，安全状态和非安全状态都禁用了关联路由。

System register configuration

当在两种安全状态下都启用了关联路由以执行时，GIC必须配置为使用系统寄存器访问以处理物理中断。

GIC control and configuration

许多GIC寄存器提供不同的形式，以允许有效的中断处理：

• For two Security states.
• For different interrupt groups.
• Using System register access for GICv3 or memory-mapped access for legacy
  operation.
  加粗样式
  
  
  ARMv8对虚拟化的支持和PE运行的异常级别决定了physical CPU interface 寄存器还是virtual CPU interface 寄存器被访问。
  下表显示了与GIC一起使用或影响GIC运行的ARMv8体系结构状态。