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

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 TargetsHart 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MS两个context

假设一个2SET的平台,每个SET4

,每核都支持MS模式,则有2*4*2=16context


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10230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,15872context

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

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parent0x02的中断号0x0b,一个是parent0x02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 00x09对应S模式外部中断,对应context 1,也就是代码中的i=01对应MS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。

claim寄存器且对应的中断使能时,清除该挂起状态。

1024/32=32个寄存器。

中断使能寄存器

总共有最多15872context,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15872context,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中断,将被屏蔽不产生中断。所以设置阈值寄存器为0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。

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.cplic_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";
}
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;}
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);
    }
}

四. 总结

以上介绍了clintplic。对于plic尤其要理解其context的概念,因为他和plic寄存器的布局对应。 另外要从整体上了解下中断系统的架构,和设备树对应起来理解,尤其是设备树中中断相关的配置。为后面linux中断系统驱动分析做准备。





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