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文章目录
- PCIe Message 与 MSI
- PCIe Message 和 MSI 的作用与关系
- MSI 的配置与寄存器
- MSI 和 ARM GIC 的关系
- 示例：MSI 在 ARM GIC 的实际应用
- 总结
PCIe Message 与 MSI
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 Express（PCIe）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
MSI（Message 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 ：
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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。
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MSI 的优势 ：
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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。
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支持多个中断向量（MSI-X 可以支持多达 2048 个中断）。
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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。
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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 Address：CPU 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 Address：0xF400_0000（假设为 GIC 中 MSI 接收地址）。 -
Message Data：32。
- 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。
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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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