SylixOS中GIC通用中断控制器——GIC实现

Posted 2020-08-31

1、概述

本篇文档主要介绍IMX6UL平台上基于SylixOS集成开发环境中GIC通用中断控制器的实现流程和方法。

2、GIC控制器基地址获取

GIC控制器基地址通过调用armPrivatePeriphBaseGet函数获得。如图 2.1所示，Ctrl+h局搜索armPrivatePeriphBaseGet函数，搜索结果如图 2.2所示。

图 2.1全局搜索armPrivatePeriphBaseGet函数

 

图 2.2 armPrivatePeriphBaseGet函数搜索结果

参考DDI0464F_cortex_a7_mpcore_r0p5_trm.pdf手册，该指令将协处理器 P15 的寄存器中的数据传送到 ARM处理器寄存器R0中，最终通过armPrivatePeriphBaseGet函数获取。如图 2.3和图 2.4所示。

图 2.3 CP15协处理器操作码

图 2.4 CP15读取基地址指令

注：MRC指令的格式为：

MRC{条件}协处理器编码，协处理器操作码1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，协处理器操作码2。

MRC指令用于将协处理器寄存器中的数据传送到ARM处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作，则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作，目的寄存器为ARM处理器的寄存器，源寄存器1和源寄存器2均为协处理器的寄存器。

指令示例：

MRC P3， 3， R0， C4， C5， 6；该指令将协处理器 P3的寄存器中的数据传送到 ARM处理器寄存器中。

3、GIC控制器结构体说明

GIC控制器中分发器端寄存器结构体定义如图 3.1所示，CPU接口端结构体定义如图 3.2所示。

图 3.1分发器端寄存器结构体定义

图 3.2 CPU接口端结构体定义

4、GIC相关函数实现

4.1 GIC控制器初始化

4.1.1分发器初始化

对distributor结构体中成员进行操作，关闭所有pending中断并禁能所有中断，同时将所有中断设置为安全模式。具体实现如程序清单 4.1所示。

程序清单 4.1分发器初始化

VOID armGicInit (VOID)
{
    REGISTER     GIC_DISTRIBUTOR_REG *pDistributor = armGicIntDistributorGet();
    REGISTER INT iCnt;
 
    armGicEnable(LW_FALSE);                                       /* First disable the distributor */
 
    for (iCnt = 0; iCnt < GIC_INT_NUM; iCnt++) {                  /* Clear all pending interrupts  */
        write32(~0, (addr_t)&pDistributor->uiICPENDRn[iCnt]);
    }
 
    for (iCnt = 0; iCnt < GIC_INT_NUM; iCnt++) {                  /* Disable all interrupts.       */
        write32(~0, (addr_t)&pDistributor->uiICENABLERn[iCnt]);
    }
 
    for (iCnt = 0; iCnt < GIC_INT_GRP_NUM; iCnt++) {              /* Set all interrupts to secure  */
        write32(0, (addr_t)&pDistributor->uiIGROUPRn[iCnt]);
    }
 
    armGicEnable(LW_TRUE);                                        /* Now enable the distributor    */
}

4.1.2 CPU 接口初始化

对cpu interface端结构体成员进行操作，设置当前 CPU的优先级掩码255，禁止中断抢占，并使能当前 CPU到 GIC的接口。具体实现如程序清单 4.2所示。

程序清单 4.2 CPU接口初始化

VOID armGicCpuInit (BOOL  bPreemption, UINT32  uiPriority)
{
    REGISTER  GIC_CPU_INTERFACE_REGS *pInterface = armGicCpuInterfaceGet();
 
    armGicCpuPriorityMaskSet(uiPriority);                                  /* Init the GIC CPU interface */
 
    if (bPreemption) {
    /*
     * Enable preemption.
     */
    write32(GIC_CPU_INTERFACE_PREEM_EN, (addr_t)&pInterface->uiBPR);
    } else {
    /*
     * Disable preemption.
     */    
    write32(GIC_CPU_INTERFACE_PREEM_DISEN, (addr_t)&pInterface->uiBPR);
    }
 
    armGicCpuEnable(LW_TRUE);                                              /* Enable signaling the CPU */
}

4.2 中断向量基地址设置

如图 4.1和图 4.2所示，Ctrl+h全局搜索armVectorBaseAddrSet函数。

图 4.1全局搜索armVectorBaseAddrSet函数

图 4.2 armVectorBaseAddrSet函数搜索结果

参照DDI0464F_cortex_a7_mpcore_r0p5_trm.pdf手册，如图 4.3所示。

图 4.3中断向量基地址介绍

根据提示，再参照DDI0406C_C_arm_architecture_reference_manual.pdf手册如下图 4.4所示。

图 4.4中断向量基地址说明

可知该寄存器保存的是中断向量表基址参照bspMap.h文件，中断向量表物理地址即为BSP_CFG_RAM_BASE（0x80000000）。

4.3实现系统中断控制器

系统上电的过程中需要初始化中断处理器，否则后续使用到中断的程序都不能正常运行。

从startup.S中可以看到如图 4.5所示，系统只响应了irq中断，对fiq中断不做处理。

图 4.5 irq中断入口地址

关于中断需实现函数如图 4.6所示。

图 4.6函数列表

4.4中断服务程序

通过读取硬件寄存器,得到当前产生的中断向量号，调用系统接口archIntHandle进行处理，处理完成后，通知GIC中断已经处理完成。

4.4.1读取寄存器GICC_IAR获取中断号，如程序清单 4.3所示。

程序清单 4.3获取中断号

UINT32 armGicIrqReadAck (VOID)
{
    REGISTER GIC_CPU_INTERFACE_REGS *pInterface = armGicCpuInterfaceGet();
    return (read32((addr_t)&pInterface->uiIAR));
}

4.4.2向GICC_EOIR写入中断号，通知GIC该中断处理完成，如程序清单 4.4所示。

程序清单 4.4通知GIC该中断处理完成

VOID armGicIrqWriteDone (UINT32  uiIrqID)
{
    REGISTER GIC_CPU_INTERFACE_REGS *pInterface = armGicCpuInterfaceGet();
    write32(uiIrqID, (addr_t)&pInterface->uiEOIR);
}

4.5使能指定中断

通过设置硬件寄存器,使能指定的中断向量。具体实现如程序清单 4.5所示。

程序清单 4.5使能指定中断

VOID armGicIntVecterEnable (ULONG  ulVector, BOOL  bSecurity, ULONG  ulPriority, ULONG  uiCpuMask)
{
    armGicIrqEnable(ulVector, LW_FALSE);
    armGicIrqSecuritySet(ulVector, bSecurity);
    armGicIrqPrioritySet(ulVector, ulPriority);
    armGicIrqTargetSet(ulVector, GIC_CPU_MASK, LW_FALSE);
    armGicIrqTargetSet(ulVector, uiCpuMask, LW_TRUE);
    armGicIrqEnable(ulVector, LW_TRUE);
}

注：由于imx6ul是单核处理器，理论上是不需要进行目标CPU选择的，但由于使用了GIC中断控制器，所以需给其目标寄存器组配置为0，即默认选择CPU0。

4.6禁能指定中断

通过设置硬件寄存器，禁能指定中断。具体实现如程序清单 4.6所示。

程序清单 4.6禁能指定中断

VOID armGicIntVecterDisable (ULONG  ulVector)
{
    armGicIrqEnable(ulVector, LW_FALSE);
    armGicIrqTargetSet(ulVector, GIC_CPU_MASK, LW_FALSE);
}

4.7判断中断是否使能

通过读取硬件寄存器,检查指定的中断向量是否使能。具体实现如程序清单 4.7所示。

程序清单 4.7判断指定中断向量是否使能

BOOL armGicIrqIsEnable (UINT32  uiIrqID)
{
    REGISTER GIC_DISTRIBUTOR_REG *pDistributor = armGicIntDistributorGet();
    REGISTER UINT32              uiReg         = armGicIntRegOffsGet(uiIrqID);
    REGISTER UINT32              uiMask        = armGicIntBitMaskGet(uiIrqID);
 
    return ((read32((addr_t)&pDistributor->uiICENABLERn[uiReg]) & uiMask) ? LW_TRUE : LW_FALSE);
}

4.8获取/设置中断优先级

该项由工程默认生成，未实现，如程序清单 4.8所示。

程序清单 4.8获取/设置中断优先级

ULONG bspIntVectorSetPriority (ULONG  ulVector, UINT  uiPrio)
{
    return (ERROR_NONE);
}
ULONG bspIntVectorGetPriority (ULONG  ulVector, UINT *puiPrio)
{
    *puiPrio = 0;
    return (ERROR_NONE);
}

4.9获取/设置中断目标CPU

由于imx6ul为单核处理器，虽然用到了GIC通用中断控制器，但默认给其选择CPU0。

在bsplib.c中具体实现如程序清单 4.9所示。

程序清单 4.9获取/设置中断目标CPU

ULONG bspIntVectorSetTarget (ULONG  ulVector, size_t  stSize, const PLW_CLASS_CPUSET  pcpuset)
{
    return (ERROR_NONE);
}
ULONG bspIntVectorGetTarget (ULONG  ulVector, size_t  stSize, PLW_CLASS_CPUSET  pcpuset)
{
    LW_CPU_ZERO(pcpuset);
    LW_CPU_SET(0, pcpuset);
 
    return (ERROR_NONE);
}

5、填充bsplib.c中断相关内容

将对应的函数功能添加到bspLib.c中，如程序清单 5.1所示。

程序清单 5.1 bspLib.c中断相关填充

/*********************************************************************************************************
中断相关
*********************************************************************************************************/
VOID bspIntInit (VOID)
{
    armGicInit();
    /*
     * 能够传递到当前 CPU 的中断的最低优先级(255 表示所有中断)
     */
    armGicCpuInit(LW_FALSE, 255);
    armVectorBaseAddrSet(BSP_CFG_RAM_BASE);
}

VOID bspIntHandle (VOID)
{
    REGISTER UINT32 uiAck       = armGicIrqReadAck();
    REGISTER UINT32 uiSourceCpu = (uiAck >> 10) & 0x7;
    REGISTER UINT32 uiVector    = uiAck & 0x1FF;
 
    (VOID)uiSourceCpu;
 
    archIntHandle((ULONG)uiVector, LW_FALSE);
 
    armGicIrqWriteDone(uiAck);
}

VOID bspIntVectorEnable (ULONG  ulVector)
{
    /*
     * 1 << 0 ： 目标CPU为CPU0
     */
    armGicIntVecterEnable(ulVector, LW_FALSE, ARM_DEFAULT_INT_PRIORITY, 1 << 0);
}

VOID bspIntVectorDisable (ULONG  ulVector)
{
    armGicIntVecterDisable(ulVector);
}

BOOL bspIntVectorIsEnable (ULONG  ulVector)
{
    return (armGicIrqIsEnable(ulVector) ? LW_TRUE : LW_FALSE);
}

ULONG bspIntVectorSetPriority (ULONG  ulVector, UINT  uiPrio)
{
    return (ERROR_NONE);
}

ULONG bspIntVectorGetPriority (ULONG  ulVector, UINT *puiPrio)
{
    *puiPrio = 0;
    return (ERROR_NONE);
}

ULONG bspIntVectorSetTarget (ULONG  ulVector, size_t  stSize, const PLW_CLASS_CPUSET  pcpuset)
{
    return (ERROR_NONE);
}

ULONG bspIntVectorGetTarget (ULONG  ulVector, size_t  stSize, PLW_CLASS_CPUSET  pcpuset)
{
    LW_CPU_ZERO(pcpuset);
    LW_CPU_SET(0, pcpuset);
    return (ERROR_NONE);
}

至此，与中断控制器相关的内容填充完毕，之后在驱动中使用API_InterVectorConnect连接中断服务程序和中断号，使用API_InterVectorEnable使能中断等操作时就可以正常产生中断，并进入驱动对应的中断服务程序中了。

6、参考资料

文档类：

1． gic_architecture_specification.pdf

2. DDI0471B_gic400_r0p1_trm.pdf

3. IHI 0048B, ARM Generic Interrupt Controller Architecture Specification, Ver 2.0.pdf

网址链接：

1.http://www.wowotech.NET/linux_kenrel/gic_driver.html

2. http://blog.csdn.Net/velanjun/article/details/8757862

3. http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-linuxkernelint/index.html