扒一扒GIC-600的相關(guān)知識(shí)

開(kāi)始之前，先聲明一下，ARM系列的全部文章都參考的是公開(kāi)文檔。如果大家有需要，可以去ARM的官方網(wǎng)站下載。我手里沒(méi)有任何非公開(kāi)的文檔。

閑話少說(shuō)，今天開(kāi)始扒GIC-600。

為了適應(yīng)大規(guī)模的SoC設(shè)計(jì)，GIC-600被設(shè)計(jì)成分布式IP。所謂分布式，GIC-600由幾種組件構(gòu)成，每個(gè)組件可以跟其它相關(guān)模塊在物理設(shè)計(jì)上擺放在一起，并與其擁有共同的電源域；組件之間通過(guò)片上網(wǎng)絡(luò)（network on chip，簡(jiǎn)稱(chēng)NoC）通信，從而達(dá)到更好的時(shí)序。

GIC-600的重要組件包括以下幾種：

Distributor：GIC-600的核心部件，負(fù)責(zé)與其它組件通信，主要處理SPI和LPI

Redistributor：與cluster或core交互，主要處理PPI和SGI

ITS（Interrupt Translation Service）：處理基于消息的中斷，用于解析LPI

SPI collator：顧名思義，收集整理SPI

Wake request：產(chǎn)生wake\_request給core

在具體介紹每個(gè)組件之前，我們有必要先來(lái)研究一下這些組件之間是如何連接的。主要有兩種方式，第一種是利用片上網(wǎng)絡(luò)，比如CMN-600這樣的IP；第二種是私有的橋接。

圖1 ?利用NoC連接GIC-600的組件

第一種方法，適合大規(guī)模的物理設(shè)計(jì)，尤其是全局時(shí)鐘方案復(fù)雜的SoC。比如有很多的cluster，一般而言，一個(gè)redistributor對(duì)應(yīng)一個(gè)cluster，這樣redistributor可以和cluster一起做布局布線，redistributor和cluster之間的通信可以保持在一個(gè)比較高的頻率，且timing容易實(shí)現(xiàn)。同樣，對(duì)于有很多PCIe控制器的設(shè)計(jì)，ITS可以和PCIe控制器放在一起，實(shí)現(xiàn)LPI。對(duì)于SPI來(lái)說(shuō)，一般多是給低速的外設(shè)準(zhǔn)備的，所以SPI collator可以和distributor放在一起。

Wake request組件的主要作用就是可以產(chǎn)生喚醒信號(hào)給core，如果SoC設(shè)計(jì)中沒(méi)有做關(guān)于core功耗方面的設(shè)計(jì)，這個(gè)組件可以不需要；如果有功耗控制的需求，這些喚醒信號(hào)要給SCP（system control processor）或者相關(guān)的模塊，再做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，具體取決于設(shè)計(jì)需要了。

圖2 ?利用私有橋接連接GIC-600的組件

第二種方法，適合規(guī)模較小的，全局時(shí)鐘方案簡(jiǎn)單的SoC，GIC-600的組件不依賴(lài)于片上網(wǎng)絡(luò)（因?yàn)闆](méi)有可用接口，比如NIC等）。這種方法的弊端是，組件之間的走線可能會(huì)非常長(zhǎng)，并且可能需要在別的IP中穿行。好處是，不占用任何NoC的帶寬。

接下來(lái)看看每個(gè)組件。首先是distributor，一個(gè)SoC只有一個(gè)。其它的組件只能與distributor通信。所以，可以看出，distributor是GIC-600中的核心，其作用是收集所有的中斷，并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目標(biāo)core。

圖3 ?GIC-600 distributor和SPI collator

對(duì)于core來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)上圖中的ACE-Lite slave接口訪問(wèn)GIC-600中除去GITS\_TRANSLATER的所有寄存器。由于為了實(shí)現(xiàn)LPI，GIC-600的distributor要維護(hù)幾張表，且這些表格保存在內(nèi)存中，所以需要一個(gè)master接口去訪存。在上圖中，對(duì)應(yīng)的是ACE-Lite master總線接口。Distributor還包含三組AXI4-Stream接口，分別用于redistributor，ITS和其它distributor（比如多路服務(wù)器）的通信。至于Q-channel，不知道大家還記得多少，《SoC設(shè)計(jì)之功耗 -- Q channel》，在這里主要是為了做時(shí)鐘管理。

SPI collator對(duì)外的接口比較簡(jiǎn)單，輸入SPIs，是來(lái)自外設(shè)的中斷線。在GIC-600中，SPI數(shù)目是32的整數(shù)倍，目前最多支持960。輸出SPI\_r，是經(jīng)過(guò)時(shí)鐘同步的SPI信號(hào)，如果需要，可以送給發(fā)出SPI的外設(shè)。

Wake request模塊是配合SoC功耗管理用的，如果需要實(shí)現(xiàn)core的idle狀態(tài)管理，或者powergating，在distributor把中斷發(fā)給目標(biāo)core之前必須喚醒該core。所以喚醒信號(hào)是每個(gè)core一個(gè)。功耗管理取決于具體的設(shè)計(jì)，可以參考前面的文章，《ARM系列 -- PCSA（二）》。

簡(jiǎn)單介紹完distributor，需要再講講AXI4-Stream總線。

圖4 ?AMBA演進(jìn)

在AXI4-Stream中，去掉了地址項(xiàng)，允許無(wú)限制的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸規(guī)模。正如spec中所說(shuō)，這個(gè)總線是用于master和slave之間交換數(shù)據(jù)用的。接口信號(hào)比較簡(jiǎn)單，如下圖：

圖5 ?AXI4-Stream接口信號(hào)列表

大部分信號(hào)和AXI類(lèi)似，ACLK和ARESETn信號(hào)，不必多說(shuō)。TREADY和TVALID是mater和salve的握手信號(hào)，slave可以通過(guò)TREADY反壓master的數(shù)據(jù)傳送。需要注意的是TDEST和TID，TDEST提供數(shù)據(jù)流的路由信息，也就是說(shuō)一個(gè)master可以接幾個(gè)slave設(shè)備。TID提供數(shù)據(jù)流的標(biāo)識(shí)，意味著master可以給slave交叉發(fā)送不同數(shù)據(jù)流。

如果兩個(gè)設(shè)備要實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，就需要互為master和slave。拿GIC-600來(lái)說(shuō)，一個(gè)SoC中只有一個(gè)distributor，同時(shí)可以有若干redistributor，但是redistributor只與distributor通信，且需要雙向傳輸。也就是說(shuō)distributor能看到多個(gè)redistributor，而一個(gè)redistributor只能看到distributor。Distributor可以通過(guò)TDEST把數(shù)據(jù)路由給相對(duì)應(yīng)的redistributor，并且通過(guò)redistributor發(fā)過(guò)來(lái)的TID以區(qū)分不同的redistributor。

TDATA數(shù)據(jù)流包含三種類(lèi)型：data、position、null。data是數(shù)據(jù)；position作為占位符使用，可以用來(lái)表征data的相對(duì)位置，null不包含任何有用的信息。數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)可以有很多種，比如可以只傳數(shù)據(jù)；也可以將數(shù)據(jù)和null或position混合傳輸。

圖6??連續(xù)且對(duì)齊的數(shù)據(jù)流

圖7 連續(xù)不對(duì)齊的數(shù)據(jù)流

圖8 ?byte數(shù)據(jù)流

ACE-Lite總線就復(fù)雜多了，不是一兩篇短文能說(shuō)清楚的，留在以后吧。

審核編輯：劉清