ARMGICv3GIC代码分析
前⾔
在前⼀篇博⽂（）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 =<0x00x40000>;// 256kB stride
#redistributor-regions = <2>;
reg =<0x00x2c01000000x10000>,// GICD
<0x00x2d00000000x800000>,// GICR 1: CPUs 0-31
<0x00x2e00000000x800000>;// GICR 2: CPUs 32-63
<0x00x2c04000000x2000>,// GICC
<0x00x2c06000000x2000>,// GICH
<0x00x2c08000000x2000>;// GICV
interrupts =<194>;
gic-its@2c200000 {
compatible ="arm,gic-v3-its";
msi-controller;
#msi-cells = <1>;
reg =<0x00x2c20000000x20000>;
};
gic-its@2c400000 {
compatible ="arm,gic-v3-its";
msi-controller;
#msi-cells = <1>;
reg =<0x00x2c40000000x20000>;
};
};
compatible: ⽤于匹配GICv3驱动
#interrupt-cells: 这是⼀个中断控制器节点的属性。它声明了该中断控制器的中断指⽰符(-interrupts)中 cell 的个数
#address-cells ， #size-cells， ranges：⽤于寻址， #address-cells表⽰reg中address元素的个数，#size-cells⽤来表⽰length 元素的个数
interrupt-controller: 表⽰该节点是⼀个中断控制器
redistributor-stride： ⼀个GICR的⼤⼩
#redistributor-regions: GICR域个数。
reg ：GIC的物理基地址，分别对应GICD,GICR,GICC…
interrupts：
msi-controller: 表⽰节点是MSI控制器
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 \
__ud __ction(__##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_ba;
struct redist_region *rdist_regs;
u64 redist_stride;
u32 nr_redist_regions;
int err, i;
dist_ba =of_iomap(node,0);-------------(1)
if(!dist_ba){
pr_err("%pOF: unable to map gic dist registers\n", node);
return-ENXIO;
}
err =gic_validate_dist_version(dist_ba);---------------(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;
ret =of_address_to_resource(node,1+ i,&res);
rdist_regs[i].redist_ba =of_iomap(node,1+ i);
if(ret ||!rdist_regs[i].redist_ba){
pr_err("%pOF: couldn't map region %d\n", node, i);
err =-ENODEV;
goto out_unmap_rdist;
}
rdist_regs[i].phys_ba = res.start;
}
if(of_property_read_u64(node,"redistributor-stride",&redist_stride))-----------(5)
redist_stride =0;
err =gic_init_bas(dist_ba, 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_tup_kvm_info(node);
return0;
out_unmap_rdist:
for(i =0; i < nr_redist_regions; i++)
if(rdist_regs[i].redist_ba)
iounmap(rdist_regs[i].redist_ba);
kfree(rdist_regs);
out_unmap_dist:
iounmap(dist_ba);
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_bas流程
static int __init gic_init_bas(void __iomem *dist_ba,
struct redist_region *rdist_regs,
u32 nr_redist_regions,
u64 redist_stride,
struct fwnode_handle *handle)
{
u32 typer;
int gic_irqs;
gic_data.fwnode = handle;
gic_data.dist_ba = dist_ba;
dist_regions = rdist_regs;
_redist_regions = nr_redist_regions;
dist_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_ba + 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");
}
t_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)
return0;
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
(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
(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。
(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_rai_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
