關(guān)于MPSoC的中斷處理介紹

目錄1. MPSoC的中斷處理介紹

2. 擴(kuò)展PL中斷

3. 擴(kuò)展AXI Intc中斷

3.1. AXI Intc PL連接

3.2. AXI Intc Device Tree

3.3. AXI Intc外設(shè)的Device Tree

4. 擴(kuò)展MIO中斷

4.1. GPIO中斷控制器

4.2. 外設(shè)使用GPIO中斷控制器5. 檢查Linux中斷信息

01

MPSoC的中斷處理介紹

MPSoC是帶ARM處理器和FPGA（PL）的SoC，包含4核A53及其常用外部模塊（PS）。A53（PS）使用Arm GIC-400，屬于GICv2架構(gòu)。如果想了解GIC-400的具體細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考文檔APU GIC： CoreLink GIC-400 Generic Interrupt Controller， DDI 0471B， r0p1。

MPSoC的A53（PS）的中斷細(xì)節(jié)，在Xilinx的UG1085的Table 13‐1： System Interrupts部分做了詳細(xì)介紹。

需要注意的是，UG1085的Table 13‐1描述的是芯片的內(nèi)部連線，是硬件中斷號(hào)，和Linux Kernel使用的軟件中斷號(hào)（邏輯中斷號(hào)）有區(qū)別。有的SOC只有一個(gè)中斷控制器，有的SOC有多個(gè)串聯(lián)/并聯(lián)的中斷控制器。Linux Kernel為了各種處理復(fù)雜的中斷控制器設(shè)計(jì)，并給中斷提供統(tǒng)一的API，在內(nèi)部使用統(tǒng)一編址的的軟件中斷號(hào)。同時(shí)，GIC的Linux Kernel驅(qū)動(dòng)內(nèi)部有一個(gè)表，用于轉(zhuǎn)換硬件中斷號(hào)和軟件中斷號(hào)。這樣的好處是，即使不同SoC系統(tǒng)里有不同的中斷控制器結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)程序也可以忽略這些細(xì)節(jié)，使用統(tǒng)一的API，比如platform_get_irq，從Device Tree里獲取中斷號(hào)，并向Linux Kernel注冊(cè)驅(qū)動(dòng)程序的中斷處理程序。另外，設(shè)備的Device Tree里的中斷號(hào)是局部的，在它所屬的中斷控制器里保持唯一即可。Linux Kernel使用的軟件中斷號(hào)，是整個(gè)Linux Kernel系統(tǒng)的，需要在Linux Kernel范圍內(nèi)保持唯一。

更多信息可以參考Linux Kernel代碼，以及Linux kernel的中斷子系統(tǒng)之（二）：IRQ Domain介紹。

MPSoC的Device Tree的軟件中斷號(hào)，比UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號(hào)小32。這是因?yàn)锳53內(nèi)部的中斷號(hào)0-31是私有中斷。

以GEM0為例，UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號(hào)是89，Device Tree里的設(shè)備號(hào)是0x39（57），驅(qū)動(dòng)程序里使用platform_get_irq（pdev， 0）獲取軟件中斷號(hào)。

VCU TRD 2020.2基于zcu106_llp2_xv20的PetaLinux工程里的GEM0的中斷信息：

ethernet@ff0b0000 {

compatible = “cdns，zynqmp-gemcdns，gem”;

interrupt-parent = 《0x04》;

interrupts = 《0x00 0x39 0x04 0x00 0x39 0x04》;

};

UG1085的Table 13‐1里GEM0的硬件中斷號(hào)

UG1085的Table 35‐6： PS-PL Interrupts Summary，使用的是Device Tree里的軟件中斷號(hào)。

需要更多信息，可以參考MPSoC Device tree interrupt number for PL-PS interrupt， Zynq-7000 mapping irq number into device tree value。

02

擴(kuò)展PL中斷

在FPGA（PL）部分，可以的擴(kuò)展很多外部設(shè)備，比如串口、I2C、Can等。A53（PS）為PL的外部設(shè)備預(yù)留了16個(gè)中斷，相關(guān)描述如下。

PS-PL Interrupts

The interrupts from the processing system I/O peripherals （IOP） are routed to the PL. In the

other direction， the PL can asynchronously assert 16 interrupts to the PS. These interrupts

are assigned a priority level routed to interrupt controllers which aggregate and route them

to appropriate processor. Additionally， FIQ/IRQ interrupts are available which are routed

directly to the private peripheral interrupt unit of the interrupt controller. Table 35-6

summarizes the interrupts.

PL到A53（PS）的外部設(shè)備預(yù)留了16個(gè)中斷，在Table 13‐1有如下表述。

VCU TRD 2020.2設(shè)計(jì)里，使用了很多PL中斷。以Video Phy為例，在工程zcu106_llp2_xv20里，它連接到了PL中斷的第3位（從0開(kāi)始計(jì)數(shù)），對(duì)應(yīng)的硬件中斷號(hào)是124，減去32后是92（0x5c）。

在以zcu106_llp2_xv20為硬件工程編譯的PetaLinux工程里，Video Phy的中斷信息如下，確實(shí)是0x5c。

vid_phy_controller@a0130000 {

compatible = “xlnx，vid-phy-controller-2.2xlnx，vid-phy-controller-2.1”;

interrupt-names = “irq”;

interrupt-parent = 《0x04》;

interrupts = 《0x00 0x5c 0x04》;

};

03

擴(kuò)展AXI Intc中斷

有時(shí)候，PL-PS的中斷還不夠用。這時(shí)可以使用Xilinx的axi_intc（AXI Interrupt controller）做擴(kuò)展。Xilinx Wiki網(wǎng)站上的文章Cascade Interrupt Controller support in DTG有詳細(xì)描述。

總結(jié)起來(lái)，有下面三步。

3.1. AXI Intc PL連接

在PL設(shè)計(jì)里添加axi_intc（AXI Interrupt controller），把a(bǔ)xi_intc的中斷輸出連接到GIC的PL中斷輸入，把其它外設(shè)的中斷輸出連接到axi_intc的中斷輸入。

3.2. AXI Intc Device Tree

然后在Device Tree里，聲明axi_intc的輸出在GIC的中斷號(hào)。

axi_interrupt-controller {

interrupt-parent = “gic”

interrupts = 《 0 89 1》;

}

3.3. AXI Intc外設(shè)的Device Tree

外設(shè)的Device Tree里，需要聲明interrupt-parent是axi_intc，并聲明它在axi_intc內(nèi)部的中斷號(hào)。interrupt-parent后面的字符串，是Device Tree里axi_intc里的標(biāo)號(hào)。如果有多個(gè)axi_intc，每個(gè)axi_intc的標(biāo)號(hào)（Label）不一樣。每個(gè)外設(shè)的Device Tree里，需要指定自己對(duì)應(yīng)的axi_intc的標(biāo)號(hào)（Label）。

axi_gpio {

interrupt-parent = “axi_intc”;

interrupts = 《0 1》;

}

axi_intc的文檔，也可以參考 Xilinx Interrupt Controller 。

04

擴(kuò)展MIO中斷

下面整合之前的文章，通過(guò)MIO接入外設(shè)中斷。

Zynq-7000和MPSoC有很多MIO管腳。如果外設(shè)有中斷，也可以通過(guò)MIO連接中斷。這時(shí)候，MIO作為GPIO控制器，加載GPIO驅(qū)動(dòng)。下面的描述中，GPIO就是MIO對(duì)應(yīng)的GPIO設(shè)備。

4.1. GPIO中斷控制器

按下列模式，在GPIO的設(shè)備樹(shù)里聲明為中斷控制器

&gpio0 {

#interrupt-cells = 《2》;

interrupt-controller;

};

GPIO的中斷說(shuō)明，在Linux的文件

Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio-zynq.txt里。主要內(nèi)容如下：

- interrupt-controller ： Marks the device node as an interrupt controller.

- #interrupt-cells ： Should be 2. The first cell is the GPIO number.

The second cell bits［3:0］ is used to specify trigger type and level flags：

1 = low-to-high edge triggered.

2 = high-to-low edge triggered.

4 = active high level-sensitive.

8 = active low level-sensitive.

4.2. 外設(shè)使用GPIO中斷控制器

外設(shè)的設(shè)備樹(shù)里，添加下列行，聲明gpio0為自己的中斷控制器，并聲明對(duì)應(yīng)的MIO引腳和中斷內(nèi)心。

touchscreen@0 {

interrupt-parent = 《&gpio0》;

interrupts = 《52 2》; /* MIO 52， falling edge */

};

05

檢查L(zhǎng)inux中斷信息

Linux在/proc/interrupts文件里，提供了系統(tǒng)的中斷信息。使用命令“cat /proc/interrupts”，可以顯示軟件中斷號(hào)、中斷在各CPU發(fā)生的次數(shù)、中斷所屬中斷控制器名稱、硬件中斷號(hào)，驅(qū)動(dòng)程序名稱。

讀“/proc/interrupts”的內(nèi)容時(shí)，會(huì)調(diào)用kernelirqProc.c中的函數(shù)int show_interrupts（struct seq_file *p， void *v）。

下面是一個(gè)例子。

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/interrupts

CPU0 CPU1 CPU2 CPU3

3： 18945 9421 13324 23628 GICv2 30 Level arch_timer

6： 0 0 0 0 GICv2 67 Level zynqmp_ipi

12： 0 0 0 0 GICv2 155 Level axi-pmon， axi-pmon

13： 0 0 0 0 GICv2 156 Level zynqmp-dma

14： 0 0 0 0 GICv2 157 Level zynqmp-dma

15： 0 0 0 0 GICv2 158 Level zynqmp-dma

16： 0 0 0 0 GICv2 159 Level zynqmp-dma

17： 0 0 0 0 GICv2 160 Level zynqmp-dma

18： 0 0 0 0 GICv2 161 Level zynqmp-dma

19： 0 0 0 0 GICv2 162 Level zynqmp-dma

20： 0 0 0 0 GICv2 163 Level zynqmp-dma

21： 0 0 0 0 GICv2 164 Level Mali_GP_MMU， Mali_GP， Mali_PP0_MMU， Mali_PP0， Mali_PP1_MMU， Mali_PP1

22： 0 0 0 0 GICv2 109 Level zynqmp-dma

23： 0 0 0 0 GICv2 110 Level zynqmp-dma

24： 0 0 0 0 GICv2 111 Level zynqmp-dma

25： 0 0 0 0 GICv2 112 Level zynqmp-dma

26： 0 0 0 0 GICv2 113 Level zynqmp-dma

27： 0 0 0 0 GICv2 114 Level zynqmp-dma

28： 0 0 0 0 GICv2 115 Level zynqmp-dma

29： 0 0 0 0 GICv2 116 Level zynqmp-dma

31： 144 0 0 0 GICv2 95 Level eth0， eth0

33： 121 0 0 0 GICv2 49 Level cdns-i2c

34： 140 0 0 0 GICv2 50 Level cdns-i2c

35： 0 0 0 0 GICv2 42 Level ff960000.memory-controller

36： 0 0 0 0 GICv2 57 Level axi-pmon， axi-pmon

37： 43 0 0 0 GICv2 47 Level ff0f0000.spi

38： 0 0 0 0 GICv2 58 Level ffa60000.rtc

39： 0 0 0 0 GICv2 59 Level ffa60000.rtc

40： 0 0 0 0 GICv2 165 Level ahci-ceva［fd0c0000.ahci］

41： 232 0 0 0 GICv2 81 Level mmc0

42： 133 0 0 0 GICv2 53 Level xuartps

44： 0 0 0 0 GICv2 84 Edge ff150000.watchdog

45： 0 0 0 0 GICv2 88 Level ams-irq

46： 12 0 0 0 GICv2 154 Level fd4c0000.dma

47： 0 0 0 0 GICv2 151 Level fd4a0000.zynqmp-display

48： 0 0 0 0 GICv2 122 Level xilinx_framebuffer

49： 0 0 0 0 GICv2 141 Level xilinx_framebuffer

50： 0 0 0 0 GICv2 142 Level xilinx_framebuffer

51： 0 0 0 0 GICv2 143 Level xilinx_framebuffer

52： 0 0 0 0 GICv2 123 Level xilinx-hdmi-rx

53： 0 0 0 0 GICv2 121 Level xilinx_framebuffer

54： 1 0 0 42423 GICv2 125 Level xilinx-hdmitxss

55： 0 0 0 42426 GICv2 127 Level xlnx-mixer

56： 81 0 0 0 GICv2 126 Level a00d0000.i2c

57： 0 0 0 0 GICv2 139 Edge a00d1000.sync_ip

58： 4 0 0 0 GICv2 128 Level a0200000.al5e， a0220000.al5d

59： 16 0 0 0 GICv2 124 Level xilinx-vphy

60： 0 0 0 0 GICv2 97 Level xhci-hcd:usb1

IPI0： 2763 1869 2597 1312 Rescheduling interrupts

IPI1： 21 26 19 36 Function call interrupts

IPI2： 0 0 0 0 CPU stop interrupts

IPI3： 0 0 0 0 CPU stop （for crash dump） interrupts

IPI4： 0 0 0 0 Timer broadcast interrupts

IPI5： 0 0 0 0 IRQ work interrupts

IPI6： 0 0 0 0 CPU wake-up interrupts

從上面打印信息，也可以看到硬件中斷號(hào)、軟件中斷號(hào)（邏輯中斷號(hào)）不一樣。

目錄/proc/irq下面會(huì)為每個(gè)rq創(chuàng)建一個(gè)以irq編號(hào)為名字的子目錄。每個(gè)子目錄最重要的文件是smp_affinity。通過(guò)更改smp_affinity的值，可以更改處理中斷的CPU。比如下面缺省情況下，讀出來(lái)中斷59的smp_affinity是f，對(duì)應(yīng)2進(jìn)制1111，表示四個(gè)處理器都能處理中斷59。后來(lái)執(zhí)行命令“echo 2 》 /proc/irq/59/smp_affinity”，把其改為2，就只有CPU-1能處理中斷59。

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# ls /proc/irq/48 -l

total 0

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:25 smp_affinity

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious

dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx_framebuffer

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# ls /proc/irq/59 -l

total 0

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious

dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx-vphy

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

f

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# echo 2 》 /proc/irq/59/smp_affinity

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

2

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# echo 4 》 /proc/irq/59/smp_affinity

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

4

Linux的中斷信息，可以參考問(wèn) Linux 中斷和smp_affinity， Linux 中斷和 IRQ 調(diào)節(jié)。

原文標(biāo)題：【工程師分享】擴(kuò)展MPSoC中斷

文章出處：【微信公眾號(hào)：FPGA開(kāi)發(fā)圈】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq