Interrupt in Linux (2.1.3 APIC的初始化)

的初始化

smp_boot_cpus()将调用LAPIC和IOAPIC的初始化函数。

初始化：

1、  调用verify_local_APIC()，通过LAPIC version寄存器、LAPIC ID寄存器验证LAPIC。

2、  此时系统可能还处于PIC模式或Virtual Wire模式，调用connect_bsp_APIC()通过IMCR切换入APIC模式

3、  调用setup_local_APIC()设置LAPIC。该函数流程如下：

a、  在一系列检验后，首先调用init_apic_ldr()设置DFR和LDR。目前Linux采用的是Flat模式。LDR的logical APIC ID = 1UL << smp_processor_id()。

笔者：Logical APIC ID只有8bit，当平台CPU超过8个后岂非要重复？不过问题似乎不大，因为是用Lowest Prioirty模式。但可能会对IPI有所影响，有机会验证一下

b、  设置TPR为0。

笔者：从Linux的注释来看，TPR将一直为0。X86 spec有这么一段话：“对于使用lowest priority delivery mode发送中断，却又不更新TPR的OS，芯片组将记忆TPR并将同一中断发送给同样的CPU处理。这将引起性能损失”。这应该是指Xeon和Pentium4系列，因为P6和Pentium系列是由APR决定CPU优先级的。这是否意味着，Linux在Intel新的平台上，中断性能受到了影响？

c、  设置伪中断寄存器，enable LAPIC、打开focus processor、设置伪中断的vector为0xff。

什么是伪中断

X86 spec对它的描述是“当INTR被拉高，CPU发出了INTA cycle，软件屏蔽了中断，视之为伪中断”。软件屏蔽了中断？从前面的内容我们可以看到，LAPIC情况下，CPU没有提供屏蔽中断的方法（TPR只阻止中断交给CPU处理，不影响pending到IRR），cli？

Mp spec对伪中断有描述：“当一个中断在第一个INTA周期后，第二个INTA周期前变为无效，则为伪中断”。

8259A的spec虽然没有明讲伪中断，但有这样的描述：“PIC收到一个中断时，拉高INT脚，此时CPU的应答周期随之开始（指CPU第一次INTA应答）。如果一个优先级更高的中断发生在第一次INTA和第二次INTA之间，INT在第二次INTA后立刻拉低。在一段没规定长短的时间后，再次拉高INT脚通知高优先级中断的到来 ……”（此段话不是描述伪中断，而是值INT脚应该保持到第二次INTA的到来）

综合来看，伪中断就是INT脚没有维持足够长的有效电平，它应该维持到第二次INTA结束。

那么这种情况是如何产生的呢？笔者认为这是在第二个INTA到来前，CPU通过PIC的IMR寄存器屏蔽中断，导致INT脚变低所致。由于没有找到8259的电路图，这仅是我个人猜测。

以上是关于PIC的，现在来看看APIC。MP spec提到：“对于APIC系统，更容易产生伪中断，because the device interrupt may be latched and recognized without the INTA cycle”。（最后一句怎么翻译我都觉得不恰当，大家自己理解吧）。在不知道APIC的构造前，我完全无法理解这句话。起初认为，mask中断发生在IOAPIC送出消息前，不会产生伪中断；mask发生在IOAPIC送出消息后，由于LAPIC会接收，也不会有伪中断。但真相并非如此。LAPIC在CPU中是怎样连接的？如果我告诉你LAPIC也有一个INT脚和INTA脚连CPU，就像PIC一样，你会不会大吃一惊？真的是这样，虽然这两个脚在CPU内部只是两条硬连线而已。LAPIC在决定提交中断给CPU时，同样拉高INT脚，CPU用两次INTA应答，就和PIC一样。记得我们前面说的Remote IRR异或机制吗？如果在第二次INTA之前，mask了IOAPIC上对应的中断，会产生一条level-deassert消息，导致IRR对应bit清零。当第二个INTA到达时，LAPIC中的Proritier（一个部件）在IRR中找不到对应的bit，无法提交vector，最终产生一个伪中断。这暗示了只有level触发会产生伪中断。

此外，还有一种情况是EOI和设备驱动应答顺序出错而引起的。如果一个设备是level触发，设备必须保证在EOI到达IOAPIC前将中断线拉低，否则产生一个伪中断。这同样是Remote IRR引起的。该情形是：EOI先到达，Remote IRR清0，此时中断线仍然为1，产生level-assert消息。LAPIC收到后设置IRR，并向CPU提交中断，CPU以第一个INTA应答。在第二次INTA发起前，驱动应答了设备，中断线拉低，产生level-deassert消息，LAPIC清除IRR。怎样，是不是和前面产生伪中断的过程一样？这个例子给了我们两个暗示：1）操作系统在设计时，必须调用了设备的中断处理程序后才写EOI。2）设备的中断应答寄存器一定不能被cache，否则延迟可能导致EOI比驱动的应答先到。

对于伪中断，硬件会提交一个预定好的伪中断vector，操作系统需要给伪中断vector注册一个handler，通常是打印一条信息或加个统计值什么的。注意，处理完伪中断不写EOI。

X86的伪中断寄存器除了可以设置伪中断vector外，还有一些其它功能，其格式如图：

图2-4 伪中断寄存器

其中0~7bit设置vector；8bit用于enable/disable LAPIC，Linux就是使用该方式enable LAPIC的。9bit是enable/disable focus processor。

笔者：对于PIC，没有伪中断寄存器设置vector。通常是使用和IRQ7相同的vector为伪中断vector。

a、  设置LINT0、LINT1管脚。对于BSP，如果系统有PIC模式，且LINT0没有被屏蔽，对应的LVT被设置成ExtINT模式。LINT1管脚设置成NMI模式；如果是AP，则将LINT0设置成ExtINT模式并屏蔽掉。LINT1管脚设置成NMI模式并屏蔽掉。

什么是LVT？

LVT，Local Vector Table，是LAPIC自身中断源的配置表，它和IOAPIC的PRT表有类似结构。到目前为止，LAPIC最多有6个中断源，根据不同系列的CPU，中断源可能更少一些。6个中断源如下：

u  APIC Timer中断：APIC时钟，对应LVT Timer Register

u  热量探测中断：就是探测CPU温度那个小探头，对应LVT Thermal Monitor Register

u  性能计数溢出中断：对应LVT Performance Counter Register

u  LINT0脚中断：对应LVT LINT0 Register

u  LINT1脚中断：对应LVT LINT1 Register

u  APIC错误中断：当APIC探测到一个内部错误时产生，对应LVT Error Register

各个寄存器的格式如图：

图2-6 LVT格式

a、  设置APIC Error的vector为0xfe，清0并enable该中断。

     至此，LAPIC相关设置就已完成。当然，还有一些我们没提到，比如APCI timer的设置。这些以后再说吧。