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gic 中断触发类型

news 2025/7/5 11:33:44

一、触发类型

1. 边沿触发（Edge-triggered）

触发条件：中断信号从低到高（或高到低）的电平跳变瞬间触发。
硬件要求：
- 中断信号必须为脉冲形式（短时有效）。
- GIC的GICD_ICFGR寄存器配置对应中断为边沿类型（IRQ_TYPE_EDGE_*）。
Linux配置：
设备树中标记为IRQ_TYPE_EDGE_RISING（上升沿）或IRQ_TYPE_EDGE_FALLING（下降沿）。
优点：
避免电平持续有效导致的重复触发，适用于按键、时钟等短脉冲信号。
缺点：
信号丢失风险：若两次跳变间隔小于CPU响应时间，GIC可能仅记录一次中断（需硬件防抖）。

2. 电平触发（Level-triggered）

触发条件：中断信号在持续保持有效电平（高/低）期间触发。
硬件要求：
- 中断源需维持电平直到CPU处理完成（如外设DMA传输中）。
- GIC的GICD_ICFGR寄存器配置为电平类型（IRQ_TYPE_LEVEL_*）。
Linux配置：
设备树标记为IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH（高电平）或IRQ_TYPE_LEVEL_LOW（低电平）。
优点：
无信号丢失，适用于共享中断线（多个设备共用一根中断线）。
缺点：
临界区要求：
- CPU必须在中断处理中清除外设中断状态，否则GIC会持续重发中断。
- Linux需在中断处理末尾调用chained_irq_exit()同步状态。

3. 消息触发（Message-Based Interrupts, MSI/MSI-X）

触发原理：
通过内存写入替代物理信号线，CPU收到特定内存消息后触发中断。
硬件要求：
- 支持PCIe的设备（如GPU、网卡）通过写ITS（Interrupt Translation Service）寄存器发起中断。
- GICv3+的ITS模块将内存消息映射为虚拟LPI中断。

Linux实现：

// 驱动调用pci_alloc_irq_vectors()申请MSI中断
pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, 32, PCI_IRQ_MSI);

优点：
- 无物理线约束，支持数千个中断号。
- 降低共享中断冲突（每个设备独占中断向量）。
缺点：
依赖PCIe总线协议和ITS硬件支持。

4. 特定事件触发（如WFE/WFI事件）

严格意义不属于中断，但属于ARMv8事件响应机制：
- WFI（Wait For Interrupt）：暂停CPU直到任意中断到来。
- WFE（Wait For Event）：暂停CPU直到SEV指令或事件信号（包括中断）。

使用场景：
Linux空闲循环（cpu_idle_loop()）中通过WFI降低功耗：

// arch/arm64/kernel/process.c
static void do_idle(void) {while (1) {if (need_resched()) schedule();elsewfi();  // 进入低功耗状态等待中断}
}

二、电平触发和边沿触发中断生命周期

三、电平触发和边沿触区别

特性	边沿触发（Edge）	电平触发（Level）
信号要求	短脉冲（跳变即失效）	持续电平（直至软件清除）
Pending→Active转换	仅靠读`ICC_IAR1_EL1`触发	读`ICC_IAR1_EL1` 或电平持续有效
结束中断的关键动作	写`ICC_EOIR1_EL1`	写`ICC_EOIR1_EL1` + 清除外设电平
状态机自主性	高（信号瞬态，不依赖外设持续行为）	低（依赖外设维持/撤销电平）

四、中断是否需要disable_irq准则

1、根本性决策条件

条件	需禁用中断（disable_irq）	无需禁用中断
硬件操作是否原子化	非原子操作（如多步寄存器访问）	原子操作（如单寄存器读写）
系统中断嵌套支持	允许嵌套且可能破坏关键段	禁止嵌套或关键段已受其他保护

本质矛盾

中断嵌套：高优先级中断抢占低优先级中断 → 可能导致关键操作被分割。
硬件原子性：某些外设要求操作序列不可分割（如先写地址寄存器再读数据寄存器）。

2、硬件中断可被打扰的典型场景

a: 必须禁用中断的情况

// 案例：I2C 控制器操作（非原子）
static void i2c_read_reg(struct device *dev, u8 reg) {disable_irq(dev->irq);          // 防止中断打断I2C时序i2c_write(dev, REG_ADDR, reg);  // 写地址寄存器data = i2c_read(dev);           // 读数据寄存器enable_irq(dev->irq);           // 重新允许中断
}

硬件要求：
I2C协议要求地址+数据的连续性，若中途被中断，可能导致总线超时或从设备状态机错误。

b. 无需禁用中断的情况

// 案例：原子计数器递增
static irqreturn_t timer_handler(int irq, void *dev) {atomic_inc(&dev->count);  // 原子操作，无需保护return IRQ_HANDLED;
}

3、中断嵌套的系统支持差异

a. 允许嵌套的架构（如ARMv7）

风险：若未禁用中断，高优先级中断可能抢占正在处理的中断。

保护措施：

// ARMv7 中断嵌套保护
void irq_handler() {if (in_interrupt()) {          // 检查是否已在中断上下文disable_irq_nosync(irq);   // 禁止当前中断线handle_nested_irq(irq);    // 特殊处理嵌套中断}
}

b. 禁止嵌套的架构（如ARMv8非安全态）

优势：默认不嵌套，减少 disable_irq 的使用需求。
例外：若手动启用嵌套（如通过ICC_CTLR_EL3），需显式保护。

五、结论

维度	边沿触发	电平触发
本质	事件驱动（Event-Centric）	状态驱动（State-Centric）
黄金法则	确保信号跳变间隔 > 中断处理时间	中断处理中必须清除外设状态
适用场景	时钟、按键（防抖后）、非共享设备	DMA、共享中断设备、硬件错误信号
Linux API示例	`IRQF_TRIGGER_RISING`	`IRQF_TRIGGER_LOW`
杀手级风险	高频信号丢失	中断风暴