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linux 中 PCIE 中断映射机制

news 来源：原创 2024/11/14 18:47:33

PCIE 中断映射机制

1、 PCIE 中有三种中断方式， MSI，MSI-X 和INTx

PCIe总线继承了PCI总线的所有中断特性（包括INTx和MSI/MSI-X），以兼容早期的一些PCI应用层软件。

PCI总线最早采用的中断机制是INTx，这是基于边带信号的。

后续的PCI/PCI-X版本，为了消除边带信号，降低系统的硬件设计复杂度，逐渐采用了MSI/MSI-X（消息信号中断）的中断机制。

需要注意的是PCIE 继承了INTx 中断，并没有采用边带信号，而是用了Message TLP 的方式

另外一点， PCI规范中MSI和MSI-X都是可选的功能。但从PCIe规范开始，要求PCIe设备必须支持64位的MSI或者MSI-X。尽管1个PCIe设备可能同时支持Virtual INTx#/MSI/MSI-X，系统软件必须只Enable其中一种中断机制。

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INTx 中断：

INTx一般被称为传统的（Legacy）PCI中断机制，每个PCI设备最多支持四个中断信号（边带信号，INTA#、INTB#、INTC#和INTD#）
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PCIE 中使用Message 来实现INTx 中断，具体实现如下(Assert_INTx消息表示INTx信号的下降沿。Dessert_INTx消息表示INTx信号的上升沿):

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从协议分析以上可以看到，由于INTA 是电平信号，所有用Assert_INTA Msg 和Deassert_INTA Msg 来表示，两个Msg之间的时间，对应的就是INTA 的电平长度
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MSI 中断：

MSI 中断并不是Message TLP, 而是Memory Write TLP 。
MSI capability 的结构体，在configure space 中格式如下，其中Capability ID 0x05h 表示是MSI capability:
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这边需要讲一下MSI (Memory Write) TLP 是由EP 发给RC 的，RC 向EP 的configure space中，填写 MSI capability 中的Message Address和Message Data。

EP 获取configure space 中的MSI capability 中的Message Address和Message Data，将这个信息填充到MSI Memory Write TLP 中，产生中断后，发给RC。

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注：在x86 架构中， 0xFEExxxxx 的地址APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller高级可编程中断控制器) 的地址, EP 会将MSI 的MWr TLP 发给它，由它向x86 上报中断。

下面给出了MSI 的例子，MSI capability Structure 如下， Message address 为0xBF376000, Message data 为0x01
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发送MSI Mwr TLP, 会获取MSI capability Structure中的地址和data, 然后发给host, 具体如下：
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MSI-X 中断：

1）为什么需要MSI-X中断

一、MSI最大只支持32个中断，在很多应用中32个中断是不够的，因此引进了MSI-X, MSI-X 最大支持2048个中断可以满足各种应用的需求。

二、MSI机制下每个PCI Function的所有中断向量都共用1个Message Address，无法将其分配到不同CPU以实现中断服务在CPU间均衡分配

三、MSI机制下每个PCI Function的所有中断向量都是连续的，在某些平台连续的中断向量意味着同样的中断优先级，无法满足区分中断优先级的需求

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Table BIR（BAR Indicator Register）
基地址指示寄存器，该字段存放MSI-X Table所在的位置，PCIe总线规定，MSI-X Table存放在BAR空间中，该寄存器指示使用BAR0~BAR5寄存器中的哪个空间存放MSI-X Table，该字段由3位构成，3’b000 ~ 3’b101分别对应BAR0 ~ BAR5。

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Pending Table

在Pending Table中，一个Entry由64位组成，其中每一位与MSI-X Table中的一个Entry对应，即Pending Table中的每一个Entry与MSI-X Table的64个Entry对应。与MSI机制类似，Pending位需要与Per Vector Mask位配置使用。

当Per Vector Mask位为1时，PCIe设备不能立即发送MSI-X中断请求，而是将对应的Pending位置1；当系统软件将Per Vector Mask位清零时，PCIe设备需要提交MSI-X中断请求，同时将Pending位清零。
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具体例子如下：从device config spec 可以找到MSI-X Capability structure

以NVME 为例，更新MSI-X Table Entries：
配置Address (0x00000000 BF37c000) 和 Message Data (0x00000001), 设置Vector Control 的中断Mask bit（bit 0），所以就是4个Dword
配置Address (0x00000000 BF37c000) 和 Message Data (0x00000002), 没有设置Vector Control 的中断Mask bit，所以就是3个Dword
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