PowerPC中斷系統(tǒng)簡介（一）

時間：2021-11-12 14:08:48

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[導讀]1.PowerPC中斷系統(tǒng)簡介PowerPC處理器的中斷系統(tǒng)由兩部分組成，一是內(nèi)核的中斷及異常的處理；二是中斷控制器。以P2020處理器為例，包括E500內(nèi)核中斷及異常處理系統(tǒng)和OpenPIC中斷控制器。在E500內(nèi)核中，包含兩種可以暫時中止處理器運行當前指令的事件、中斷和異常。...

1. PowerPC中斷系統(tǒng)簡介

PowerPC處理器的中斷系統(tǒng)由兩部分組成，一是內(nèi)核的中斷及異常的處理；二是中斷控制器。以P2020處理器為例，包括E500內(nèi)核中斷及異常處理系統(tǒng)和OpenPIC中斷控制器。在E500內(nèi)核中，包含兩種可以暫時中止處理器運行當前指令的事件、中斷和異常。其中，異常是由E500內(nèi)核產(chǎn)生的，如出現(xiàn)非法指令，訪問存儲器時出現(xiàn)TLB Miss等情況；而中斷通過處理器內(nèi)核的外部引腳，如int，cint和mcp信號有效時產(chǎn)生的事件。

1.1????? 內(nèi)核中斷向量

中斷向量是指中斷或者異常程序的入口地址。基于603E內(nèi)核的PowerPC處理器，中斷向量為一個固定的物理地址。在這些處理器進入中斷和異常處理程序時，MMU將會被自動關(guān)閉，因此603E內(nèi)核可以使用固定的物理地址作為中斷向量。而E500內(nèi)核在進入中斷和異常處理程序時，不能關(guān)閉MMU，因此不能使用物理地址作為中斷向量，而應使用IVPR和IVOR寄存器保存相應的中斷向量。

在E500內(nèi)核中，使用IVPR和IVORx寄存器共同確定中斷或者異常程序的入口地址。其中，IVPR寄存器提供中斷程序入口地址的第0~15位，IVORx提供中斷程序入口地址的第16~27位，而中斷程序的入口地址的第28~31位為0。IVORx與異常的對應關(guān)系如圖 1.1所示：

圖 1.1 E500內(nèi)核中斷向量表

1.1????? 外部中斷處理流程

E500內(nèi)核的外部中斷由三部分組成，分別為Machine Check異常、Critical Interrupt異常和External Input異常。在E500內(nèi)核中，Machine Check異常采用邊沿觸發(fā)(edge-triggered)，而Critical Interrupt異常和External Input異常使用電平觸發(fā)（level-triggered)。

在PIC中，P2020處理器設(shè)置了一些寄存器位，將中斷映射為電平或者邊沿觸發(fā)，但這些中斷觸發(fā)條件需要以電平的形式傳遞給E500內(nèi)核。E500內(nèi)核在進入中斷和中斷返回時都

要進行程序上下文的切換。頻繁的中斷將會極大影響處理器的效率。在E500內(nèi)核中，一個完整的中斷處理流程如下：

1.???????? E500內(nèi)核捕捉到硬件中斷信號cint、int或者mcp。

2.???????? E500內(nèi)核在捕捉到硬件中斷信號后，需要做一些必要的準備，之后才可以進入外部中斷處理程序。這些準備帶來了一些外部中斷處理的延時，這些延時不可避免。首先E500內(nèi)核清除在指令完成隊列CQ中的所有指令，除了以下三種指令：

1)??????? 在CQ0中的對保護區(qū)域(Guarded)的讀操作指令。

2)??????? 對禁止Cache內(nèi)存區(qū)域操作的指令。

3)??????? stwcx.指令。

這些指令執(zhí)行完畢后，E500內(nèi)核才可以進入中斷模式。在清除CQ后，E500中斷處理模塊從相應的中斷向量處預取指令到IQ中。這些中斷的預處理過程，其主要目的是為中斷處理程序準備一個“干凈”的空間，保證中斷處理程序與被中斷程序之間不相互干擾。由此可見，E500內(nèi)核進入中斷處理程序之前，隱式地進行了指令同步操作。

3.???????? E500內(nèi)核將中斷程序的返回地址保存在SRR0中；將程序的MSR寄存器保存在SRR1中。對于一些特殊的異常，如DSI、ISI和TLB Miss等，E500內(nèi)核還會自動保留E500內(nèi)核的其他一些寄存器。

4.???????? E500內(nèi)核將MSR寄存器的CE、ME、DE位保留，其他位全部清零。因此E500內(nèi)核在進行外部中斷處理程序時，仍然可以被Critical中斷，Machine check中斷和調(diào)試中斷程序重入，但是不能被外部中斷立即重入。在Linux PowerPC中，外部中斷處理程序會選擇合適時機使能MSR寄存器的EE位，以支持外部中斷的重人。

5.???????? MSR中的PR、EE、IS和DS位將被清除，因此E500內(nèi)核在超級用戶模式中，運行中斷處理程序時，對程序空間和數(shù)據(jù)空間的訪問都要在地址空間0上進行。

6.???????? E500內(nèi)核將根據(jù)IVPR，IVOR4寄存器確定中斷向量，進行中斷程序的執(zhí)行。

7.???????? 在中斷處理程序執(zhí)行完畢后，使用rfi指令進行中斷返回。rfi指令將從SRR1寄存器中恢復MSR寄存器的值，并從SRR0寄存器中獲得程序返回地址。rfi指令在進行程序正文切換之前還會進行指令和數(shù)據(jù)的同步，還給被中斷的程序一個“干凈”的空間，之后E500內(nèi)核進行中斷返回。