RISCVLinuxkernel启动代码分析之十二:riscv中断架构介绍(2)

原创嵌入式Lee 2024-12-08 10:00 342浏览 0评论 0点赞

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一. PLIC中断控制器

参考规格书https://github.com/riscv/riscv-plic-spec.git

最开始这部分内容是放在The RISC-V Instruction Set Manual Volume II: Privileged Architecture中的,后来把它单独拿出来了。可见官方的设计思路是不把plic(platform-level interrupt controller平台级中断控制器)作为riscv内核的一部分，而是一个模块化的可定制组件，只要按照该规格书实现都可,方便模块化和自定义。这也是RISCV设计哲学的一个重要思想。

个人觉得在看具体内容之前，先要了解Interrupt Targets和Hart Contexts的概念，

只有理解这两个概念，才能理解plic的寄存器布局设计。

hart context:是指定hart的指定特权模式，比如M模式，S模式。

Interrupt targets:中断目标，其对象就是hart context，但是不是所有的hart context要是中断的目标。即中断可以不触发到某个hart的某个特权级模式。

比如，如果处理器不支持将外部中断委托到低特权级模式，则低特权级别不是中断目标。例如假设不支持将M模式的外部中断委托到S模式，则S模式没有外部中断。

M模式的mip.meip,S模式的sip.seip位表示是否有对应的plic外部中断产生。如果M模式外部中断已经委托到S模式处理，则只有sip.seip置位，mip.meip不再置位。

所以plic的寄存器，对于不同的hart context都要一份，即M模式需要一份，S模式需要一份，后面可以看到plic寄存器的布局就是这么来的。

如下图所示，每个hart都有M和S两个context

假设一个2个SET的平台，每个SET有4核

，每核都支持M和S模式，则有2*4*2=16个context。

3.1寄存器布局

所有寄存器都是32位的，中断号从1开始到1023，0表示无中断。中断号数值小代表优先级高。

最多支持1023个有效中断，15872个context。

中断优先级和中断挂起状态寄存器只和中断源有关context无关，中断优先级寄存器每个中断源对应一个。中断挂起状态寄存器，每个中断源对应1bit，低位代表低中断号。

中断使能寄存器，每个contex都对应1024个中断，所以每个contex对应1024/32=32个寄存器，即32*4=0x80字节。

每个contex对应一个阈值寄存器和一个claim/complete寄存器。

3.2 linux驱动代码中寄存器地址计算

linux代码drivers/irqchip/irq-sifive-plic.c中

先定义各种寄存器偏移地址，和前面介绍的对应

#define PRIORITY_BASE0

#define ENABLE_BASE0x2000

#define CONTEXT_BASE0x200000

定位claim寄存器值地址为

handler->hart_base + CONTEXT_CLAIM;

其中#define CONTEXT_CLAIM0x04

#define CONTEXT_PER_HART0x1000

其中hartbase按如下计算

handler->hart_base =

priv->regs + CONTEXT_BASE + i * CONTEXT_PER_HART;

其中regs是设备树中传递过来的plic基地址，上上面的布局对应。

这里的i来源于

nr_contexts = of_irq_count(node);

即来源于设备树，比如如下

interrupts-extended =;

有两个中断一个是parent是0x02的中断号0x0b，一个是parent是0x02的中断号0x09，

所以有两个context中断nr_contexts=2

0x0b对应M模式外部中断，对应context 0，0x09对应S模式外部中断，对应context 1，也就是代码中的i=0和1对应M和S模式的context。

其他寄存器也是类似计算，不再赘述。

3.3寄存器介绍

优先级寄存器

中断优先级是无符号整数，最大支持级别数平台实现决定。优先级值0表示“永不中断”即关对应的中断，中断优先级随着整数值的增加而增加。每个中断源都对应一个中断优先级，保存在上面寄存器布局介绍的内存映射寄存器中。优先级相同时中断号低的优先级高。

总共1024个寄存器对应1024个中断源，但是中断源0表示无中断保留。

中断挂起状态寄存器

一个寄存器对应32个中断，一个中断对应一个寄存器的1位，低位代表低中断号中断。

第一个寄存器的第0位表示中断源0，保留。寄存器对应位为1表示产生了对应的中断。

读claim寄存器且对应的中断使能时，清除该挂起状态。

共1024/32=32个寄存器。

中断使能寄存器

总共有最多15872个context，每个context都可以对应1024个中断源进行使能控制，

使能控制和挂起状态寄存器一样按位映射。

所以也是每个context的第一个寄存器的bit0保留。其他的和挂起状态寄存器类似，只是中断使能寄存器按照15872个context，有15872份。

所以寄存器个数为(1024 / 32) * 15872

中断优先级阈值寄存器

每个context对应一个寄存器，共15872个寄存器。

设定对应中断优先级寄存器值小于或等于优先级阈值寄存器值的中断，将被屏蔽不产生中断。所以设置阈值寄存器为0则允许所有具有非零优先级的中断。设置阈值寄存器为最大优先级，则屏蔽所有优先级的中断，相当于关所有中断。

共15872个寄存器。

中断Claim/complete寄存器

每个context对应一个寄存器，共15872个寄存器。

如果有中断挂起，则读该寄存器返回挂起的优先级最高的中断号，并且清除对应中断挂起位。

否则读该寄存器返回0.

所以软件需要一直读该寄存器直到返回0，处理完所有挂起的中断。

例如linux代码drivers/irqchip/irq-sifive-plic.c，plic_handle_irq中的如下while循环处理

@font-face{
font-family:"Times New Roman";
}
@font-face{
font-family:"宋体";
}
@font-face{
font-family:"Calibri";
}
@font-face{
font-family:"Consolas";
}
p.MsoNormal{
mso-style-name:正文;
mso-style-parent:"";
margin:0pt;
margin-bottom:.0001pt;
mso-pagination:none;
text-align:justify;
text-justify:inter-ideograph;
font-family:Calibri;
mso-fareast-font-family:宋体;
mso-bidi-font-family:'Times New Roman';
font-size:10.5000pt;
mso-font-kerning:1.0000pt;
}
span.msoIns{
mso-style-type:export-only;
mso-style-name:"";
text-decoration:underline;
text-underline:single;
color:blue;
}
span.msoDel{
mso-style-type:export-only;
mso-style-name:"";
text-decoration:line-through;
color:red;
}
@page{mso-page-border-surround-header:no;
	mso-page-border-surround-footer:no;}@page Section0{
}
div.Section0{page:Section0;}
  while ((hwirq = readl(claim))) {
        int irq = irq_find_mapping(handler->priv->irqdomain, hwirq);
 
        if (unlikely(irq <= 0)) pr_warn_ratelimited("can't find mapping for hwirq %lu\n", hwirq); else generic_handle_irq(irq); }

软件写该寄存器位对应的中断号，表示已经处理完该中断，这样plic可以继续通知新的该中断。

在中断处理完成，plic_irq_eoi时写该寄存器

@font-face{
font-family:"Times New Roman";
}
@font-face{
font-family:"宋体";
}
@font-face{
font-family:"Calibri";
}
@font-face{
font-family:"Consolas";
}
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}
span.msoIns{
mso-style-type:export-only;
mso-style-name:"";
text-decoration:underline;
text-underline:single;
color:blue;
}
span.msoDel{
mso-style-type:export-only;
mso-style-name:"";
text-decoration:line-through;
color:red;
}
@page{mso-page-border-surround-header:no;
	mso-page-border-surround-footer:no;}@page Section0{
}
div.Section0{page:Section0;}
static void plic_irq_eoi(struct irq_data *d)
{
    struct plic_handler *handler = this_cpu_ptr(&plic_handlers);
 
    if (irqd_irq_masked(d)) {
        plic_irq_unmask(d);
        writel(d->hwirq, handler->hart_base + CONTEXT_CLAIM);
        plic_irq_mask(d);
    } else {
        writel(d->hwirq, handler->hart_base + CONTEXT_CLAIM);
    }
}