【博文连载】ARM GIC（六）gicv3架构-LPI
在gicv3中，引入了一种新的中断类型。message based interrupts，消息中断。
一、消息中断
外设，不在通过专用中断线，向gic发送中断，而是写gic的寄存器，来发送中断。
这样的一个好处是，可以减少中断线的个数。
为了支持消息中断，gicv3，增加了LPI，来支持消息中断。并且为他分配了特别多的中断号，从8192开始，移植到16777216。
LPI，locality-specific peripheral interrupts。spec中，用了一章，来介绍这个LPI。
二、LPI介绍
LPI是一种基于消息的边沿中断。也就是，中断信息，不在通过中断线，进行传递，而是通过memory。gic内部，提供一个寄存器，当外设往这个地址，写入数据时，就往gic发送了一个中断。
在soc系统中，外设想要发送中断给gic，是需要一根中断线的。如果现在一个外设，需要增加一个中断，那么就要增加一根中断线，然后连接到gic。这样，就需要修改设计。而引入了LPI之后，当外设需要增加中断，只需要使用LPI方式，传输中断即可，不需要修改soc设计。
引入了LPI之后，gicv3中，还加入了ITS组件，interrupt translation service。ITS将接收到的LPI中断，进行解析，然后发送到对应的redistributor，再由redistributor将中断信息，发送给cpu interface。
以下是带LPI的框图。外设，通过写 GITS_TRANSLATER 寄存器，来传递消息中断。
LPI，和SPI,PPI,SGI有些差别，LPI的中断的配置，以及中断的状态，是保存在memory的表中，而不是保存在gic的寄存器中的。
GICR_PROPBASER：保存LPI中断配置表的基地址
GICR_PENDBASER: 保存LPI中断状态表的基地址
这里，就涉及到两个表：
1、LPI中断配置表
该表，保存在memory中。基地址，由GICR_PROPBASER寄存器决定。
该寄存器描述如下：
其中的Physical_Address字段，指定了LPI中断配置表的基地址。
对于LPI配置表，每个LPI中断，占用1个字节，指定了该中断的使能和中断优先级。
当外部发送LPI中断给redistributor，redistributor首先要查该表，也就是要访问memory来获取LPI中断的配置。为了加速这过程，redistributor中可以配置cache，用来缓存LPI中断的配置信息。
因为有了cache，所以LPI中断的配置信息，就有了2份拷贝，一份在memory中，一份在redistributor的cache中。如果软件修改了memory中的LPI中断的配置信息，需要将redistributor中的cache信息给无效掉。
2、LPI中断状态表
该表，处于memory中，保存了LPI中断的状态，是否pending状态。
LPI中断的状态，不是保存在寄存器中，而是保存在memory中的pending表中。该状态表，由redistributor来进行更改。而该table的基地址，是由软件来设置的。
软件通过设置 GICR_PENDBASER 寄存器来设置。
该寄存器，设置LPI状态表的基地址，该状态表的memory的属性，如shareability，cache属性等。
每个LPI中断，占用一个bit空间
0： 该LPI中断，没有处于pending状态
1： 该LPI中断，处于pending状态
该状态表，由redistributor来设置。软件如果修改该表，会引发unpredictable行为。
三、LPI的实现方式
为了实现LPI，gicv3定义了以下两种方法来实现：
使用ITS，将外设发送到eventID，转换成LPI 中断号
forwarding方式，直接访问redistributor的寄存器GICR_SERLPIR，直接发送LPI中断
1、forwarding方式
这种方式，比较简单，主要由下面几个寄存器来实现：
GICR_SERLPIR
GICR_CLRLPIR
GICR_INVLPIR
GICR_INVALLR
GICR_SYNCR
其gic框图如下所示：
GICR_SERLPIR，将指定的LPI中断，设置为pending状态。
GICR_INVLPIR，将指定的LPI中断，清除pending状态。寄存器内容和GICR_SERLPIR一致。
GICR_INVLPIR，将缓存中，指定LPI的缓存给无效掉，使GIC重新从memory中载入LPI的配置。
GICR_INVALLR，将缓存中，所有LPI的缓存给无效掉，使GIC重新从memory中，载入LPI中断的配置。
GICR_SYNCR，对redistributor的操作是否完成。
寄存器，只有第0bit是有效的。如果为0，表示当前对redistributor的操作是完成的，如果为1，那么是没有完成的。
2、使用ITS方式
理解了forwarding方式，那么理解ITS方式，就要容易了。forwarding方式，是直接得到了LPI的中断号。
但是对于ITS方式，是不知道LPI的中断号的。需要将外设发送的DeviceID，eventID，通过一系列查表，得到LPI的中断号以及该中断对应的target redistributor，然后将LPI中断，发送给对应的redistributor。
下图是带有ITS的gic框图：
外设，通过写GITS_TRANSLATER寄存器，发起LPI中断。写操作，给ITS提供2个信息：
EventID：值保存在GITS_TRANSLATER寄存器中，表示外设发送中断的事件类型
DeviceID：表示哪一个外设发起LPI中断。该值的传递，是实现自定义，例如，可以使用AXI的user信号来传递。
ITS将DeviceID和eventID，通过一系列查表，得到LPI中断号，再使用LPI中断号查表，得到该中断的目标cpu。
ITS将LPI中断号，LPI中断对应的目标cpu，发送给对应的redistributor。redistributor再将该中断信息，发送给CPU。
四、ITS
ITS是一个组件，用来提供给外设，发送LPI中断的，然后将LPI中断，发送给redistributor。
1、ITS处理流程
ITS使用三类表格，实现LPI的转换和映射：
device table： 映射deviceID到中断转换表
interrupt translation table：映射EventID到INTID。以及INTID属于的collection组
collection table：映射collection到redistributor
当外设往GITS_TRANSLATER寄存器中写数据后，ITS做如下操作：
使用DeviceID，从设备表（device table）中选择索引为DeviceID的表项。从该表项中，得到中断映射表的位置
使用EventID，从中断映射表中选择索引为EventID的表项。得到中断号，以及中断所属的collection号
使用collection号，从collection表格中，选择索引为collection号的表项。得到redistributor的映射信息
根据collection表项的映射信息，将中断信息，发送给对应的redistributor
以上是物理LPI中断的ITS流程。虚拟LPI中断的ITS流程与之类似。以下是处理流程图：
2、ITS命令
ITS操作，会涉及到很多表，而这些表的创建，维护是通过ITS命令，来实现的。虽然这些表，是在内存中的，但是GICv3和GICv4，不支持直接访问这些表，而是要通过ITS命令，来配置这些表。
ITS的操作，是通过命令，来控制的。外部通过发送命令给ITS，ITS然后去执行命令，每个命令，占32字节。
ITS有command队列，命令写在这个队列里面。ITS会自动的按照队列顺序，一一执行。
每个命令占32个字节。
命令，存放在内存中，GITS_CBASE，保存命令的首地址。GITS_CREADR，是由ITS控制，表示下一个命令的地址。GITS_CWRITER，是下一个待写命令的地址。软件往GITS_CWRITER地址处，写入命令，之后ITS就会执行这个命令。
ITS提供的命令，有很多，可以查阅GIC手册获取更多。
以下是CLEAR命令。
3、ITS table
ITS包括很多个表，这些表均处于 non-secure区域。
GITS_BASER<n>，指定ITS表的基地址和大小。软件，在使用ITS之前，必须要配置。
其中的Physical_Address字段，就指定了表的基地址所在位置。
以下是各个表的基地址，对应的寄存器。
五、总结
gicv3中，引入了消息中断，并且为之，支持了LPI。分配了大量的中断号，用于LPI。对于LPI的实现，有2种方式，一种是访问redistributor提供的寄存器，一种是使用ITS。
不过对于手机arm cpu来说，其实是不需要LPI的，因为现有的中断，已经符合要求，加入了LPI，让gic更复杂，让软件操作，也更复杂。但是对于服务器arm cpu，这个，就需要了，因为这个可以和PCIE相连，实现消息中断。个人感觉，这个LPI中断，是为arm服务器cpu，所使用的。
对于提供的gic IP来说，比如gic600，是有配置选项，决定，是否是否支持LPI中断，以及是否需要ITS。
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