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本文将介绍 PCIe message 的作用以及message 与 MSI 的关系再介绍 MSI 如何配置以及MSI有哪些寄存器及MSI 与 ARM 中的GIC的关系。
PCIe Message 和 MSI 的作用与关系
PCIe Message 的作用 PCI ExpressPCIe是一种高速串行总线其中使用消息传递Message机制代替了传统并行总线中的引脚信号。例如传统 PCI 总线使用专门的引脚传递中断请求IRQ 信号而 PCIe 则通过发送消息完成中断、错误报告等功能。
主要用途 中断通知 用来代替传统中断引脚方式比如 MSI (Message Signaled Interrupt)。 系统错误报告 例如热插拔事件、数据链路错误等PCIe 协议定义了诸如 ERR_COR, ERR_FATAL 等错误消息。 电源管理 通知设备的电源状态变化例如进入低功耗模式。 配置和控制 例如在 Root Complex 和 Endpoint 之间交换消息。
Message 和 MSI 的关系 MSIMessage Signaled Interrupt是 PCIe 中实现中断的一种机制其作用是通过消息代替传统硬件信号中断引脚来通知 CPU 发生了中断。 传统中断的劣势 中断引脚数量有限不适合扩展。 在共享引脚的情况下中断源需要额外的软件逻辑确定具体来源。 MSI 的优势 消除了中断引脚的物理限制可以通过消息的形式支持更多中断源。 支持多个中断向量MSI-X 可以支持多达 2048 个中断。 提高了效率特别是在多核系统中可以将中断直接路由到特定的核。 MSI 的配置与寄存器 MSI 配置步骤 MSI 的配置是在设备的配置空间完成的包括如下步骤 启用 MSI 功能
设置设备的配置空间中的 MSI Control 字段以启用 MSI。
设置中断向量
为设备分配一个或多个中断向量这些中断向量会映射到 CPU 的中断控制器。
设置消息地址与消息数据 Message AddressCPU 或中断控制器的地址用于接收中断消息。 Message Data与中断向量相关联的数据。
启用中断
配置完成后设备可以生成 MSI 消息通知中断。
相关寄存器 MSI 的相关寄存器位于 PCI 配置空间Capability Structure中主要包括 MSI Control 寄存器 是否启用 MSI。 是否支持多向量 MSI。 Message Address 寄存器 存储中断消息的目的地址通常为 CPU 或中断控制器的地址。 Message Data 寄存器 包含中断向量值或其它与中断相关的信息。 MSI-X 表 针对 MSI-X 用于存储多个向量地址和数据。 MSI 和 ARM GIC 的关系
在 ARM 架构中常用的中断控制器是 GIC Generic Interrupt Controller其主要作用是管理和分发中断。在 PCIe 系统中MSI 由 PCIe 设备发送最终需要被 GIC 处理。1. GIC 的作用 GIC 接收 PCIe 发出的 MSI。 将 MSI 转换为对应的中断 ID分发到对应的 CPU。 GIC 负责中断优先级管理、中断屏蔽、中断分发等功能。
工作流程PCIe 设备生成 MSI 消息 包括 Message Address 和 Message Data。 Message Address 配置为 GICD 中对应的中断管理地址。
GIC 解析 MSI 消息
GIC 使用 MSI 的 Message Data 解析出具体的中断 ID。
中断分发 GIC 将解析的中断分发到特定的 CPU。 多核系统下可以基于中断 ID 将中断发送到指定核。
GIC 配置 MSI 示例 以典型系统为例 Message Address PCIe MSI 地址配置为 GICD 的物理地址。 Message Data 设置为 GIC 的中断 ID。 配置完成后PCIe 中断通过 MSI 触发最终由 GIC 接收并处理。 示例MSI 在 ARM GIC 的实际应用
场景 网络设备触发中断通知 CPU 处理数据包。
PCIe 网络设备
分配 MSI中断向量为 32对应 ARM GIC 的中断号。
MSI 消息内容 Message Address0xF400_0000假设为 GIC 中 MSI 接收地址。 Message Data32。
系统行为 网络设备检测到数据包到达通过 PCIe 总线发送 MSI 消息。 GIC 收到 Message Address 和 Message Data将其映射为中断 ID。 中断 ID 32 被分发到指定的 CPU 核处理。
通过上述流程中断从 PCIe 设备传递到 CPU实现了高效的中断通知。
总结 PCIe 消息 在 PCIe 中取代了传统硬件引脚信号MSI 是其典型应用。 MSI 配置 涉及 Message Address 和 Message Data存储在设备配置空间中。 MSI 与 GIC 的结合 使得 PCIe 设备与 ARM 架构协同工作为高效的中断处理提供了支持。
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