Linux 中断子系统：GIC 中断控制器

Linux 中断子系统：GIC 中断控制器

在现代计算机系统中，中断是操作系统与硬件设备之间通信的重要机制。Linux 内核的中断子系统负责处理来自各种硬件设备的中断请求，确保系统能够高效、及时地响应用户的操作和外部事件。GIC（Generic Interrupt Controller，通用中断控制器）是 ARM 架构处理器上常用的一种中断控制器，本文将详细介绍 Linux 中断子系统中的 GIC 中断控制器。

1. GIC 简介

GIC 是一种高度可配置的中断控制器，它能够处理来自多个外部设备和内部源的中断请求。GIC 提供了以下特点：

• 赞成多个处理器（CPU）和多个外部设备的中断处理。
• 具有灵活的中断优先级配置能力。
• 赞成中断分组和优先级继承机制。
• 提供多种中断类型，如敏捷中断（FIQ）和标准中断（SI）。

2. GIC 架构

GIC 架构核心由以下部分组成：

• 全局中断控制器（GICD）：负责配置和管理全局中断控制器，如中断分组、优先级设置等。
• 处理器中断控制器（GICC）：负责管理 CPU 上的中断处理，如中断屏蔽、优先级设置等。
• 设备中断控制器（GICD）：负责管理外部设备的中断请求，如中断请求线（IRQ）分配、优先级设置等。

3. GIC 在 Linux 中的使用

Linux 内核通过以下步骤使用 GIC 中断控制器：

• 初始化 GIC：在系统启动时，Linux 内核会初始化 GIC，包括配置全局中断控制器和处理器中断控制器。
• 分配中断请求线（IRQ）：Linux 内核会选择需要为外部设备分配中断请求线，并设置相应的优先级。
• 注册中断处理函数：Linux 内核会为每个中断请求线注册一个中断处理函数，用于处理该中断请求。
• 处理中断：当外部设备产生中断请求时，GIC 会将中断请求发送到 CPU，CPU 会调用相应的中断处理函数处理中断。

4. GICv2 和 GICv3

随着 ARM 架构的提升，GIC 也经历了多个版本。目前，Linux 内核核心赞成以下两种版本的 GIC：

• GICv2：赞成最多 4096 个中断请求线，适用于大多数 ARM 架构处理器。
• GICv3：赞成最多 4096 个中断请求线和 64 个处理器，适用于高性能的 ARM 架构处理器。

5. GICv3 的新特性

相比于 GICv2，GICv3 引入了一些新的特性，如：

• 赞成多级分组：GICv3 赞成最多 64 级中断分组，提供了更高的中断优先级配置能力。
• 赞成可编程的优先级：GICv3 允许动态调整中断的优先级，节约了系统的灵活性。
• 赞成可编程的抢占：GICv3 赞成中断的抢占，节约了系统的响应速度。

6. GIC 的性能优化

为了节约 GIC 的性能，Linux 内核采取了一些优化措施，如：

• 中断分组和优先级优化：合理地分配中断请求线和设置优先级，降低中断处理的延迟。
• 中断去抖动：对于某些大概产生虚假中断的设备，采用去抖动技术降低中断请求的次数。
• 中断亲和性：将中断处理函数绑定到特定的 CPU，降低中断上下文切换的开销。

7. 总结

Linux 中断子系统中的 GIC 中断控制器是确保系统高效、稳定运行的关键部件。本文介绍了 GIC 的基本概念、架构、在 Linux 中的使用方法以及性能优化措施。通过深入领会 GIC 的工作原理，有助于开发者在 Linux 系统中更好地利用中断机制，节约系统的性能和稳定性。

参考文献

• ARM, "ARMv8-A
  

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