ARM GICv3 GIC代码分析

前言

在前一篇博文(ARM GICv3中断控制器)中, 介绍了GIC的一些基本概念,本文主要分析了linux kernel中GIC v3中断控制器的代码(drivers/irqchip/irq-gic-v3.c)

linux kernel版本是linux 4.19.29, 体系结构是arm64.

GICv3 DTS设备描述

首先,在讨论GICv3驱动代码分析前,先看下GICv3在DTS里是怎么定义的。
一个gicv3定义的例子

gic: interrupt-controller@2c010000 {
                compatible = "arm,gic-v3";               
                #interrupt-cells = <4>;                   
                #address-cells = <2>;
                #size-cells = <2>;
                ranges;
                interrupt-controller;
                redistributor-stride = <0x0 0x40000>;   // 256kB stride
                #redistributor-regions = <2>;
                reg = <0x0 0x2c010000 0 0x10000>,       // GICD
                      <0x0 0x2d000000 0 0x800000>,      // GICR 1: CPUs 0-31
                      <0x0 0x2e000000 0 0x800000>;      // GICR 2: CPUs 32-63
                      <0x0 0x2c040000 0 0x2000>,        // GICC
                      <0x0 0x2c060000 0 0x2000>,        // GICH
                      <0x0 0x2c080000 0 0x2000>;        // GICV
                interrupts = <1 9 4>;

                gic-its@2c200000 {
                        compatible = "arm,gic-v3-its";
                        msi-controller;
                        #msi-cells = <1>;
                        reg = <0x0 0x2c200000 0 0x20000>;
                };

                gic-its@2c400000 {
                        compatible = "arm,gic-v3-its";
                        msi-controller;
                        #msi-cells = <1>;
                        reg = <0x0 0x2c400000 0 0x20000>;
                };
        };


GICv3 初始化流程

1. irq chip driver声明

IRQCHIP_DECLARE(gic_v3, "arm,gic-v3", gic_of_init);

定义IRQCHIP_DECLARE之后,相应的内容会保存到__irqchip_of_table里边。

#define IRQCHIP_DECLARE(name, compat, fn) OF_DECLARE_2(irqchip, name, compat, fn)

#define OF_DECLARE_2(table, name, compat, fn) \ 
        _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_2)

#define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)            \ 
    static const struct of_device_id __of_table_##name        \ 
        __used __section(__##table##_of_table)            \ 
         = { .compatible = compat,                \ 
             .data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn  }

__irqchip_of_table在vmlinux.lds文件里边被放到了__irqchip_begin和__irqchip_of_end之间

#ifdef CONFIG_IRQCHIP
    #define IRQCHIP_OF_MATCH_TABLE()                    \
        . = ALIGN(8);                           \
        VMLINUX_SYMBOL(__irqchip_begin) = .;                \
        *(__irqchip_of_table)                       \
        *(__irqchip_of_end)
#endif

__irqchip_begin和__irqchip_of_end的内容被drivers/irqchip/irqchip.c文件读出并根据其在device tree里边的内容进行初始化。

2. gic_of_init流程

static int __init gic_of_init(struct device_node *node, struct device_node *parent)
{
	void __iomem *dist_base;
	struct redist_region *rdist_regs;
	u64 redist_stride;
	u32 nr_redist_regions;
	int err, i;

	dist_base = of_iomap(node, 0);                 ------------- (1)
	if (!dist_base) {
		pr_err("%pOF: unable to map gic dist registers\n", node);
		return -ENXIO;
	}

	err = gic_validate_dist_version(dist_base);        --------------- (2)
	if (err) {
		pr_err("%pOF: no distributor detected, giving up\n", node);
		goto out_unmap_dist;
	}

	if (of_property_read_u32(node, "#redistributor-regions", &nr_redist_regions))   ------- (3)
		nr_redist_regions = 1;

	rdist_regs = kcalloc(nr_redist_regions, sizeof(*rdist_regs),
			     GFP_KERNEL);
	if (!rdist_regs) {
		err = -ENOMEM;
		goto out_unmap_dist;
	}

	for (i = 0; i < nr_redist_regions; i++) {   --------- (4)
		struct resource res;
		int ret;

		ret = of_address_to_resource(node, 1 + i, &res);
		rdist_regs[i].redist_base = of_iomap(node, 1 + i);
		if (ret || !rdist_regs[i].redist_base) {
			pr_err("%pOF: couldn't map region %d\n", node, i);
			err = -ENODEV;
			goto out_unmap_rdist;
		}
		rdist_regs[i].phys_base = res.start;      
	}

	if (of_property_read_u64(node, "redistributor-stride", &redist_stride))    ----------- (5)
		redist_stride = 0;

	err = gic_init_bases(dist_base, rdist_regs, nr_redist_regions,
			     redist_stride, &node->fwnode);                  ------------- (6)
	if (err)
		goto out_unmap_rdist;

	gic_populate_ppi_partitions(node);                       -------------- (7)

	if (static_branch_likely(&supports_deactivate_key))
		gic_of_setup_kvm_info(node);     
	return 0;

out_unmap_rdist:
	for (i = 0; i < nr_redist_regions; i++)
		if (rdist_regs[i].redist_base)
			iounmap(rdist_regs[i].redist_base);
	kfree(rdist_regs);
out_unmap_dist:
	iounmap(dist_base);
	return err;
}

(1)映射GICD的寄存器地址空间。 通过设备结点直接进行设备内存区间的 ioremap(),index是内存段的索引。若设备结点的reg属性有多段,可通过index标示要ioremap的是哪一段,只有1段的情况, index为0。采用Device Tree后,大量的设备驱动通过of_iomap()进行映射,而不再通过传统的ioremap。

(2) 验证GICD的版本是否为GICv3 or GICv4。 主要通过读GICD_PIDR2寄存器bit[7:4]. 0x1代表GICv1, 0x2代表GICv2…以此类推。

(3) 通过DTS读取redistributor-regions的值。redistributor-regions代表GICR独立的区域数量(地址连续)。
假设一个64核的arm64 服务器,redistributor-regions=2, 那么64个核可以用2个连续的GICR连续空间表示。

(4) 为一个GICR域 分配基地址

(5) 通过DTS读取redistributor-stride的值. redistributor-stride代表GICR域中每一个GICR的大小,正常情况下一个CPU对应一个GICR(redistributor-stride必须是64KB的倍数)

(6) 主要处理流程,下面介绍

(7) 可以设置一组PPI的亲和性

3. gic_init_bases流程

static int __init gic_init_bases(void __iomem *dist_base,
   			 struct redist_region *rdist_regs,
   			 u32 nr_redist_regions,
   			 u64 redist_stride,
   			 struct fwnode_handle *handle)
{
   u32 typer;
   int gic_irqs;
   int err;
   
   gic_data.fwnode = handle;                                        
   gic_data.dist_base = dist_base;
   gic_data.redist_regions = rdist_regs;
   gic_data.nr_redist_regions = nr_redist_regions;
   gic_data.redist_stride = redist_stride;

   /*
    * Find out how many interrupts are supported.
    * The GIC only supports up to 1020 interrupt sources (SGI+PPI+SPI)
    */
   typer = readl_relaxed(gic_data.dist_base + GICD_TYPER);       ------------- (1)
   gic_data.rdists.gicd_typer = typer;
   gic_irqs = GICD_TYPER_IRQS(typer);
   if (gic_irqs > 1020)
   	gic_irqs = 1020;
   gic_data.irq_nr = gic_irqs;

   gic_data.domain = irq_domain_create_tree(handle, &gic_irq_domain_ops,
   					 &gic_data);           -------------- (2)
   irq_domain_update_bus_token(gic_data.domain, DOMAIN_BUS_WIRED);    ------------- (3)
   gic_data.rdists.rdist = alloc_percpu(typeof(*gic_data.rdists.rdist));
   gic_data.rdists.has_vlpis = true;
   gic_data.rdists.has_direct_lpi = true;

   if (WARN_ON(!gic_data.domain) || WARN_ON(!gic_data.rdists.rdist)) {
   	err = -ENOMEM;
   	goto out_free;
   }

   gic_data.has_rss = !!(typer & GICD_TYPER_RSS);        ------------ (4)
   pr_info("Distributor has %sRange Selector support\n",
   	gic_data.has_rss ? "" : "no ");

   if (typer & GICD_TYPER_MBIS) {               
   	err = mbi_init(handle, gic_data.domain); ------------ (5)
   	if (err)
   		pr_err("Failed to initialize MBIs\n");
   }

   set_handle_irq(gic_handle_irq);            ------------------- (6)

   gic_update_vlpi_properties();            ------------------- (7)

   if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM_GIC_V3_ITS) && gic_dist_supports_lpis())
   	its_init(handle, &gic_data.rdists, gic_data.domain);   ------------- (8)

   gic_smp_init();                     ----------(9)
   gic_dist_init();                    ----------(10)
   gic_cpu_init();                     ----------(11)
   gic_cpu_pm_init();                  ----------(12)

   return 0;

out_free:
   if (gic_data.domain)
   	irq_domain_remove(gic_data.domain);
   free_percpu(gic_data.rdists.rdist);
   return err;
}

(1) 确认支持SPI 中断号最大的值为多少,GICv3最多支持1020个中断(SPI+SGI+SPI).GICD_TYPER寄存器bit[4:0], 如果该字段的值为N,则最大SPI INTID为32(N + 1)-1。 例如,0x00011指定最大SPI INTID为127。

(2) 向系统中注册一个irq domain的数据结构. irq_domain主要作用是将硬件中断号映射到IRQ number。 可以参考[Linux内核笔记之中断映射]

(3) 主要作用是给irq_find_host()函数使用,找到对应的irq_domain。 这里使用 DOMAIN_BUS_WIRED,主要作用就是区分其他domain, 如MSI。

(4) 判断GICD 是否支持rss, rss(Range Selector Support)表示SGI中断亲和性的范围 GICD_TYPER寄存器bit[26], 如果该字段为0,表示中断路由(IRI) 支持affinity 0-15的SGI,如果该字段为1, 表示支持affinity 0 - 255的SGI

(5) 判断是否支持通过写GICD寄存器生成消息中断。GICD_TYPER寄存器bit[16]

(6) 设定arch相关的irq handler。gic_irq_handle是内核gic中断处理的入口函数, 可以参考系列文章 [Linux 内核笔记之高层中断处理]

(7) 更新vlpi相关配置。gic虚拟化相关。

(8) 初始化ITS。 Interrupt Translation Service, 用来解析LPI中断。 初始化之前需要先判断GIC是否支持LPI,该功能在ARM里是可选的。可以参考系列文章[ARM GICv3 ITS介绍及代码分析]

(9) 该函数主要包含两个作用。 1.设置核间通信函数。当一个CPU core上的软件控制行为需要传递到其他的CPU上的时候,就会调用这个callback函数(例如在某一个CPU上运行的进程调用了系统调用进行reboot)。对于GIC v3,这个callback定义为gic_raise_softirq. 2. 设置CPU 上下线流程中和GIC相关的状态机

(10) 初始化GICD。

(11) 初始化CPU interface.

(12) 初始化GIC电源管理。

参考资料

IHI0069D_gic_architecture_specification

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何在ARM架构中配置或关闭GICv3中断控制器的问题。首先,我要回顾用户提供的引用内容,看看有没有相关的信息。引用[1]提到GICv3是根中断控制器,mt_eint是二级控制器,这可能涉及到中断控制器的层级结构。引用[2]讨论了设置EOI模式,这可能和中断处理完成后的操作有关。引用[3]则提供了GICv3的文档资料,包括SPI和LPI的触发方式,以及中断号的信息。 用户的问题是关于关闭GICv3的配置方法。首先,我需要考虑在ARM架构中,中断控制器的配置通常是在系统初始化阶段由固件或操作系统完成的,比如U-Boot或Linux内核。关闭中断控制器可能不是一个常见的操作,因为系统需要中断来处理各种事件。但用户可能有特殊需求,比如调试或特定低功耗场景。 根据GICv3的架构文档,中断控制器的配置涉及到寄存器设置。可能的步骤包括:禁用中断分发、屏蔽所有中断源、设置相关控制寄存器。例如,GICD_CTLR寄存器控制分发器的全局启用,将其设置为0可以禁用所有中断的分发。此外,每个CPU接口的寄存器(如ICC_CTLR_EL1)也需要配置,可能涉及EOI模式或中断组的启用。 另外,用户可能需要知道如何在操作系统层面关闭中断,比如在Linux中使用API或内核模块来操作GICv3。但需要注意,直接操作硬件寄存器需要权限,通常在内核空间进行。 还需要考虑安全性,错误配置可能导致系统不稳定或崩溃。因此,在指导用户时必须强调谨慎操作,并建议参考官方文档和代码示例。同时,提醒用户关闭中断控制器可能影响系统功能,需确保有替代的中断处理机制。 最后,生成相关问题时要围绕配置、调试、关闭中断的影响等方面,帮助用户深入理解相关主题。</think>### ARM架构中GICv3中断控制器的配置与关闭方法 在ARM架构中,GICv3中断控制器的配置与关闭需通过寄存器操作实现,通常分为以下步骤: --- #### **1. 全局关闭中断分发** GICv3的**分发器(Distributor)**控制全局中断分发,通过`GICD_CTLR`寄存器实现: - **寄存器地址**:基地址 + `0x1000`(GICD_CTLR偏移量) - **操作方式**: ```c // 关闭所有中断分发(Group0/1) write_gicd_reg(GICD_CTLR, 0x0); ``` 该操作会停止所有中断的全局分发,但CPU接口可能仍会处理已分发的中断[^2]。 --- #### **2. 屏蔽CPU接口的中断处理** 每个CPU接口通过`ICC_CTLR_EL1`或`ICC_CTLR_EL3`控制中断信号: - **操作方式**: ```c // 关闭CPU接口的中断信号(EL1为例) msr ICC_CTLR_EL1, 0x0; ``` 此操作会禁用CPU对中断的响应,但需注意不同异常级别(EL1/EL3)的权限要求[^2]。 --- #### **3. 屏蔽特定中断源** 通过配置`GICD_ISENABLERn`和`GICD_ICENABLERn`寄存器,关闭特定中断: ```c // 关闭中断号为INT_ID的中断 int reg_offset = (INT_ID / 32) * 4; uint32_t mask = 1 << (INT_ID % 32); write_gicd_reg(GICD_ICENABLERn + reg_offset, mask); ``` --- #### **4. 关闭LPI中断(可选)** 若系统支持LPI(Locality-specific Peripheral Interrupt),需操作`GICR_CTLR`寄存器: ```c // 关闭Redistributor的LPI功能 write_gicr_reg(GICR_CTLR, 0x0); ``` --- #### **注意事项** 1. **硬件依赖**:寄存器地址和位定义可能因具体实现(如GIC-600 vs GIC-500)而异,需查阅芯片手册。 2. **权限要求**:部分寄存器需在EL3或安全状态下操作。 3. **系统影响**:关闭GICv3可能导致系统无法响应中断,仅建议在调试或低功耗场景使用。 --- ### **示例代码(U-Boot/Linux内核)** ```c // 关闭GICv3分发器 void disable_gicv3(void) { // 关闭全局中断分发 writel(0x0, GICD_BASE + GICD_CTLR); // 关闭所有CPU接口 for (int i = 0; i < NR_CPUS; i++) { writel(0x0, GICR_BASE(i) + GICR_CTLR); } // 屏蔽所有SPI中断 for (int i = 32; i < MAX_IRQ; i += 32) { writel(0xFFFFFFFF, GICD_BASE + GICD_ICENABLERn + (i / 8)); } } ``` ---
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