qemu中pci对中断的支持

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发布于：Oct 5, 2021

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Preface

PCI Local Bus Specification: 2.2.6. Interrupt Pins (Optional)

pci总线规范为pci设备准备了4个中断引脚(INTx#)用于传递中断。设备所使用的中断引脚信息保存在configuration space的Interrupt Pin Register中。这4个中断引脚在设备间的共享的，引脚的分配pci spec推荐遵循一定的规则，详见Implementation Note: Interrupt Routing。Interrup Line Register中记录设备对应的IRQ，可以使用pci总线规范中推荐的规则建立设备INTx#到IRQ的联系，见2.2.6. Interrupt Pins (Optional): Interrupt Routing。

中断支持

• 连接的中断线
  • Interrupt Pin Register中记录设备所连接的中断引脚(INTA#, INTB#, INTC#, INTD#)
  • ref:
    • PCI Local Bus Specification: 2.2.6. Interrupt Pins (Optional)
    • PCI Local Bus Specification: 6.2.4. Miscellaneous Registers
  • qemu: qemu/hw/pci/pci.c: pci_intx()
• 中断处理函数
  • Interrupt Line Register中记录设备所需的中断向量
  • ref:
    • PCI Local Bus Specification: 6.2.4. Miscellaneous Registers
  • qemu: 似乎是根据routing规则算出irq，而不是读取Interrup Line Register。如qemu/hw/isa/piix3.c: pci_slot_get_pirq()注释写到：Return the global irq number corresponding to a given device irq pin.
• 中断状态
  • 中断禁止：Command Register: bit 10
  • 中断预备：Device Status Register: bit 3
  • ref:
    • PCI LOCAL BUS SPECIFICATION, REV. 3.0: Device Control
    • PCI LOCAL BUS SPECIFICATION, REV. 3.0: Device Status
  • qemu:
    • qemu/hw/pci/pci.c: pci_update_irq_status()
    • qemu/hw/pci/pci.c: pci_irq_disabled()

PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification: 11.2. System Initialization介绍了系统初始化的流程，其中就包括中断的初始化：11.2.3. Writing IRQ Numbers into Interrupt Line Register(s)。

简单的说就是：系统初始化程序(如BIOS)会感知到pci设备的连接状况，然后将设备的INTx#与IRQ绑定(Interrup Routing)，分别填入configuration space的Interrupt Pin Register和Interrupt Line Register中。中断触发时将会通过Interrupt Line Register中的内容寻找中断例程。

pci-pci bridge spec中(PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification: Chapter 9 Interrupt Support)对中断的支持进行了较为详细的说明。

qemu中的模拟：qemu/hw/pci/pci.c，约1435行到1525行提供了整套pci中断处理流程的模拟，大体过程如下：

1. 设备初始化时，如果需要使用pci提供的中断支持，使用pci_allocate_irq申请pci中断，这样该设备中断触发时将交由pci_irq_handler处理

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   pci_ich9_ahci_realize d->ahci.irq = pci_allocate_irq(dev); qemu_irq pci_allocate_irq(PCIDevice *pci_dev) { int intx = pci_intx(pci_dev); return qemu_allocate_irq(pci_irq_handler, pci_dev, intx); }

2. pci_irq_handler通过Interrup Pin Register获取设备的INTx信息：pci_intx(pci_dev)。通过Status寄存器更新中断状态等

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   static void pci_irq_handler(void *opaque, int irq_num, int level) { PCIDevice *pci_dev = opaque; int change; change = level - pci_irq_state(pci_dev, irq_num); if (!change) return; pci_set_irq_state(pci_dev, irq_num, level); pci_update_irq_status(pci_dev); if (pci_irq_disabled(pci_dev)) return; pci_change_irq_level(pci_dev, irq_num, change); }

3. 获取到intx后在pci_change_irq_level中完成irq查询和中断触发等操作。使用bus->map_irq回调函数查找设备对应的IRQ

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   static void pci_change_irq_level(PCIDevice *pci_dev, int irq_num, int change) { PCIBus *bus; for (;;) { bus = pci_get_bus(pci_dev); irq_num = bus->map_irq(pci_dev, irq_num); if (bus->set_irq) break; pci_dev = bus->parent_dev; } pci_bus_change_irq_level(bus, irq_num, change); }

4. 最后在pci_bus_change_irq_level中调用bus->set_irq()根据IRQ触发中断，层层传递至cpu

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   static void pci_bus_change_irq_level(PCIBus *bus, int irq_num, int change) { assert(irq_num >= 0); assert(irq_num < bus->nirq); bus->irq_count[irq_num] += change; bus->set_irq(bus->irq_opaque, irq_num, bus->irq_count[irq_num] != 0); }

bus->map_irq和bus->set_irq是在控制器设备初始化时设置(pci_bus_irqs())的，表示pci中断线所连接到的控制器，再由控制器处理然后传递中断。

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static void pc_q35_init(MachineState *machine)
{
	...
    pci_bus_irqs(host_bus, ich9_lpc_set_irq, ich9_lpc_map_irq, ich9_lpc,
                 ICH9_LPC_NB_PIRQS);
	...
}

void pci_bus_irqs(PCIBus *bus, pci_set_irq_fn set_irq, pci_map_irq_fn map_irq,
                  void *irq_opaque, int nirq)
{
    bus->set_irq = set_irq;
    bus->map_irq = map_irq;
    bus->irq_opaque = irq_opaque;
    bus->nirq = nirq;
    bus->irq_count = g_malloc0(nirq * sizeof(bus->irq_count[0]));
}

TODO

• MSI
• Q
  • 一个设备初始化后irq就确定了就不改变了?