ARM CORE支持中断嵌套吗？GIC中断控制器支持中断嵌套吗？

以下文章来源于Arm精选 ，作者baron

说明：

在默认情况下，本文讲述的都是ARMV8-aarch64架构，gicv3, linux kernel 5.14

思考：你是否想过这样的一个场景：当一个中断正在处理事务时，又来了一个高优先级中断把它抢占了?也就是所谓着中断嵌套。很多人可能都会说“这种场景当然存在了”，但现实中真的存在吗?不要被网上的博客或书上的一些章节所误导，今天我们抛开事务看本质，从以下方面着手进行讨论：

ARM CORE支持中断嵌套吗

GIC中断控制器支持中断嵌套吗?

Linux Kernel操作系统有没有使用中断嵌套?

在介绍之前，我们先记下几个共识(也就是常识，本文不做重复介绍的)：

FIQ和IRQ具有同样的优先级，FIQ只是一种中断类型，并非所谓着快速中断。

1、ARM CORE支持中断嵌套吗?

首先来看ARM CORE支持中断嵌套吗?答案 支持! 但是是有一个前提，在进入中断处理时，PSTATE的I、F、A等比特位是MASK的，软件中需要主动unmask后，那么就可以中断嵌套了。如下图所示，正是ARM Core支持中断嵌套的一个示例(或者叫模型)：

2、GIC中断控制器支持中断嵌套吗?

继续看GIC中断控制器支持中断嵌套吗?答案 支持中断抢占，支持中断嵌套!。

2.1、先介绍以下优先级和抢占的概念

每个 INTID(中断号) 都有一个优先级(用寄存器GICD_IPRIORITYn 或 GICR_IPRIORITYn 表示)，它是一个 8 位无符号值。0x00 是可能的最高优先级，0xFF 是可能的最低优先级

每个 PE 在其 CPU interface中都有一个优先级掩码寄存器 (ICC_PMR_EL1)。该寄存器设置将中断转发到该 PE 所需的最低优先级。只有优先级高于寄存器值的中断才会发送给 PE

GICv3 架构具有 运行优先级的概念。当 PE 响应中断时，它的运行优先级变为该中断的优先级。当 PE 写入 EOI 寄存器之一时，运行优先级将返回其先前值。如果 PE 尚未处理中断，则运行优先级为空闲优先级 (0xFF)。只有优先级高于运行优先级的中断才能抢占当前中断

2.2、Without preemption ：即关闭抢占，disable running priority

在Without preemption的情况下，高优先级的中断无法抢占正在active的中断，只能等active的中断执行完了、返回了，高优先级的中断才能发生"抢占"(这里还说抢占，合适吗?此种情况应属于抢占pendding中断)。如下图所示，便是一个示例：

高优先级的中断 无法抢占active的中断

等待active的中断执行完毕返回了，高优先级的中断才能发生抢占(也就是抢占pendding中断)

虽然你关闭了抢占，但优先级仍然存在，仍然会发生作用

抢占正在pendding中断的示例， 这种情况下，一个高优先级的中断可以抢占一个低优先级的pendding中断，并非抢占正在执行的中断，抢占后高优先级的中断变成pendding。而我们大多数人所说的中断嵌套是指，一个中断正在执行时，被另外一个中断给抢占了。

当 CPU interface上的一个低优先级中断处于pendding状态时，更高优先级的中断也可能会变为pendding状态。Redistributor 可以为新的更高优先级中断发送 Set 命令。此 Set 命令将取代之前的 Set 命令，导致 CPU interface为较低优先级的中断发出 Release。下图显示了此类场景的示例。该示例假设 INTID Y 的优先级高于 INTID X。

2.3、With preemption

接下来就看 抢占正在active中断的示例，描述的其实就是：一个中断正在执行，然后另一个更高优先级的中断打断了它, 这也就是正是我们所说的中断嵌套。

在考虑抢占时，运行优先级的概念很重要。当一个高优先级中断被发送给一个已经在处理一个低优先级中断的 PE 时，就会发生抢占。 抢占为软件带来了一些额外的复杂性，但它可以防止低优先级中断阻塞更高优先级中断的处理。

2.4、那么对于一个gicv3的IP，优先级肯定是有的，它到底是Without preemption 还是With preemption呢?如何配置的呢?

请查略ICC_BPRn_EL1寄存器，该寄存器定义优先级值字段分成两部分的点，即组优先级字段和子优先级字段。组优先级字段确定组 1 中断抢占。 换句白话来解释就是，中断优先级被分成了两部分，如下图所示，ICC_BPRn_EL1寄存器的BIT[2:0]定义了下图中的N的值

对于抢占，仅考虑Group优先级位。Subpriority优先级位被忽略. 然后举一个例子：

INTID A has priority 0x10

INTID B has priority 0x20

INTID C has priority 0x21

如上有三个中断，A可以抢占B，但B不可以抢占C，因为B和C的Group priority是一样的

3、 Linux Kernel操作系统有没有使用中断嵌套?

继续看Linux Kernel操作系统有没有使用中断嵌套?答案 没有使用!

首先查看ICC_BPRn_EL1寄存器的配置：

写入的是0，也就是意味着，N=0, 即下图的第一行，也就是说抢占是开启的。

继续看，针对每一个 INTID(中断号) 的priority的配置，如下所示，在gic初始化阶段，给每一个 INTID(中断号) 都配置成了一样的优先级，值位0XA5。也就是所有中断的优先级都是一样的。

事实上，在gicv3代码中，提供了一个接口，可以单独针对某一中断设置优先级。

查略该函数用途，仅仅是为NMI中断设置的(注：Linux Kernel中armv8体系目前还没有该中断，ARMV9新增了一类NMI中断)，其值为0Xa5 & 0x7f = 0x25，该值小于0XA0，所有该优先级大于其它中断的优先级。