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目錄
1. MPSoC的中斷處理介紹
2. 擴展PL中斷
3. 擴展AXI Intc中斷
3.1. AXI Intc PL連接
3.2. AXI Intc Device Tree
3.3. AXI Intc外設的Device Tree
4. 擴展MIO中斷
4.1. GPIO中斷控制器
4.2. 外設使用GPIO中斷控制器
5. 檢查Linux中斷信息
1. MPSoC的中斷處理介紹
MPSoC是帶ARM處理器和FPGA(PL)的SoC，包含4核A53及其常用外部模塊（PS）。A53（PS）使用Arm GIC-400，屬于GICv2架構。如果想了解GIC-400的具體細節，請參考文檔APU GIC: CoreLink GIC-400 Generic Interrupt Controller, DDI 0471B, r0p1。
MPSoC的A53（PS）的中斷細節，在Xilinx的UG1085的Table 13‐1: System Interrupts部分做了詳細介紹。
需要注意的是，UG1085的Table 13‐1描述的是芯片的內部連線，是硬件中斷號，和Linux Kernel使用的軟件中斷號（邏輯中斷號）有區別。有的SOC只有一個中斷控制器，有的SOC有多個串聯/并聯的中斷控制器。Linux Kernel為了各種處理復雜的中斷控制器設計，并給中斷提供統一的API，在內部使用統一編址的的軟件中斷號。同時，GIC的Linux Kernel驅動內部有一個表，用于轉換硬件中斷號和軟件中斷號。這樣的好處是，即使不同SoC系統里有不同的中斷控制器結構，驅動程序也可以忽略這些細節，使用統一的API，比如platform_get_irq，從Device Tree里獲取中斷號，并向Linux Kernel注冊驅動程序的中斷處理程序。另外，設備的Device Tree里的中斷號是局部的，在它所屬的中斷控制器里保持唯一即可。Linux Kernel使用的軟件中斷號，是整個Linux Kernel系統的，需要在Linux Kernel范圍內保持唯一。
更多信息可以參考Linux Kernel代碼，以及Linux kernel的中斷子系統之（二）：IRQ Domain介紹。
MPSoC的Device Tree的軟件中斷號，比UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號小32。這是因為A53內部的中斷號0-31是私有中斷。
以GEM0為例，UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號是89，Device Tree里的設備號是0x39（57），驅動程序里使用platform_get_irq(pdev, 0)獲取軟件中斷號。
VCU TRD 2020.2基于zcu106_llp2_xv20的PetaLinux工程里的GEM0的中斷信息：
ethernet@ff0b0000 { compatible = "cdns,zynqmp-gem\0cdns,gem"; interrupt-parent = <0x04>; interrupts = <0x00 0x39 0x04 0x00 0x39 0x04>; };
UG1085的Table 13‐1里GEM0的硬件中斷號
UG1085的Table 35‐6: PS-PL Interrupts Summary，使用的是Device Tree里的軟件中斷號。
需要更多信息，可以參考MPSoC Device tree interrupt number for PL-PS interrupt,?Zynq-7000 mapping irq number into device tree value。
2. 擴展PL中斷
在FPGA(PL)部分，可以的擴展很多外部設備，比如串口、I2C、Can等。A53（PS）為PL的外部設備預留了16個中斷，相關描述如下。
PS-PL Interrupts The interrupts from the processing system I/O peripherals (IOP) are routed to the PL. In the other direction, the PL can asynchronously assert 16 interrupts to the PS. These interrupts are assigned a priority level routed to interrupt controllers which aggregate and route them to appropriate processor. Additionally, FIQ/IRQ interrupts are available which are routed directly to the private peripheral interrupt unit of the interrupt controller. Table 35-6 summarizes the interrupts.
PL到A53（PS）的外部設備預留了16個中斷，在Table 13‐1有如下表述。
VCU TRD 2020.2設計里，使用了很多PL中斷。以Video Phy為例，在工程zcu106_llp2_xv20里，它連接到了PL中斷的第3位（從0開始計數），對應的硬件中斷號是124，減去32后是92(0x5c)。
在以zcu106_llp2_xv20為硬件工程編譯的PetaLinux工程里，Video Phy的中斷信息如下，確實是0x5c。
vid_phy_controller@a0130000 {
compatible = "xlnx,vid-phy-controller-2.2\0xlnx,vid-phy-controller-2.1";
interrupt-names = "irq";
interrupt-parent = <0x04>;
interrupts = <0x00 0x5c 0x04>;
};
3. 擴展AXI Intc中斷
有時候，PL-PS的中斷還不夠用。這時可以使用Xilinx的axi_intc（AXI Interrupt controller）做擴展。Xilinx Wiki網站上的文章Cascade Interrupt Controller support in DTG有詳細描述。
總結起來，有下面三步。
3.1. AXI Intc PL連接
在PL設計里添加axi_intc（AXI Interrupt controller），把axi_intc的中斷輸出連接到GIC的PL中斷輸入，把其它外設的中斷輸出連接到axi_intc的中斷輸入。
3.2. AXI Intc Device Tree
然后在Device Tree里，聲明axi_intc的輸出在GIC的中斷號。
axi_interrupt-controller {
interrupt-parent = "gic"
interrupts = < 0 89 1>;
}
3.3. AXI Intc外設的Device Tree
外設的Device Tree里，需要聲明interrupt-parent是axi_intc，并聲明它在axi_intc內部的中斷號。interrupt-parent后面的字符串，是Device Tree里axi_intc里的標號。如果有多個axi_intc，每個axi_intc的標號（Label）不一樣。每個外設的Device Tree里，需要指定自己對應的axi_intc的標號（Label）。
axi_gpio {
interrupt-parent = "axi_intc";
interrupts = <0 1>;
}
axi_intc的文檔，也可以參考?Xilinx Interrupt Controller?。
4. 擴展MIO中斷
下面整合之前的文章，通過MIO接入外設中斷。
Zynq-7000和MPSoC有很多MIO管腳。如果外設有中斷，也可以通過MIO連接中斷。這時候，MIO作為GPIO控制器，加載GPIO驅動。下面的描述中，GPIO就是MIO對應的GPIO設備。
4.1. GPIO中斷控制器
按下列模式，在GPIO的設備樹里聲明為中斷控制器
&gpio0 {
#interrupt-cells = <2>;
interrupt-controller;
};
GPIO的中斷說明，在Linux的文件Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio-zynq.txt里。主要內容如下：
- interrupt-controller : Marks the device node as an interrupt controller.
- #interrupt-cells : Should be 2. The first cell is the GPIO number.
The second cell bits[3:0] is used to specify trigger type and level flags:
1 = low-to-high edge triggered.
2 = high-to-low edge triggered.
4 = active high level-sensitive.
8 = active low level-sensitive.
4.2. 外設使用GPIO中斷控制器
外設的設備樹里，添加下列行，聲明gpio0為自己的中斷控制器，并聲明對應的MIO引腳和中斷內心。
touchscreen@0 {
interrupt-parent = <&gpio0>;
interrupts = <52 2>; /* MIO 52, falling edge */
};
5. 檢查Linux中斷信息
Linux在/proc/interrupts文件里，提供了系統的中斷信息。使用命令“cat /proc/interrupts”，可以顯示軟件中斷號、中斷在各CPU發生的次數、中斷所屬中斷控制器名稱、硬件中斷號，驅動程序名稱。
讀“/proc/interrupts”的內容時，會調用kernel\irq\Proc.c中的函數int show_interrupts(struct seq_file *p, void *v)。
下面是一個例子。
root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# cat /proc/interrupts
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
3: 18945 9421 13324 23628 GICv2 30 Level arch_timer
6: 0 0 0 0 GICv2 67 Level zynqmp_ipi
12: 0 0 0 0 GICv2 155 Level axi-pmon, axi-pmon
13: 0 0 0 0 GICv2 156 Level zynqmp-dma
14: 0 0 0 0 GICv2 157 Level zynqmp-dma
15: 0 0 0 0 GICv2 158 Level zynqmp-dma
16: 0 0 0 0 GICv2 159 Level zynqmp-dma
17: 0 0 0 0 GICv2 160 Level zynqmp-dma
18: 0 0 0 0 GICv2 161 Level zynqmp-dma
19: 0 0 0 0 GICv2 162 Level zynqmp-dma
20: 0 0 0 0 GICv2 163 Level zynqmp-dma
21: 0 0 0 0 GICv2 164 Level Mali_GP_MMU, Mali_GP, Mali_PP0_MMU, Mali_PP0, Mali_PP1_MMU, Mali_PP1
22: 0 0 0 0 GICv2 109 Level zynqmp-dma
23: 0 0 0 0 GICv2 110 Level zynqmp-dma
24: 0 0 0 0 GICv2 111 Level zynqmp-dma
25: 0 0 0 0 GICv2 112 Level zynqmp-dma
26: 0 0 0 0 GICv2 113 Level zynqmp-dma
27: 0 0 0 0 GICv2 114 Level zynqmp-dma
28: 0 0 0 0 GICv2 115 Level zynqmp-dma
29: 0 0 0 0 GICv2 116 Level zynqmp-dma
31: 144 0 0 0 GICv2 95 Level eth0, eth0
33: 121 0 0 0 GICv2 49 Level cdns-i2c
34: 140 0 0 0 GICv2 50 Level cdns-i2c
35: 0 0 0 0 GICv2 42 Level ff960000.memory-controller
36: 0 0 0 0 GICv2 57 Level axi-pmon, axi-pmon
37: 43 0 0 0 GICv2 47 Level ff0f0000.spi
38: 0 0 0 0 GICv2 58 Level ffa60000.rtc
39: 0 0 0 0 GICv2 59 Level ffa60000.rtc
40: 0 0 0 0 GICv2 165 Level ahci-ceva[fd0c0000.ahci]
41: 232 0 0 0 GICv2 81 Level mmc0
42: 133 0 0 0 GICv2 53 Level xuartps
44: 0 0 0 0 GICv2 84 Edge ff150000.watchdog
45: 0 0 0 0 GICv2 88 Level ams-irq
46: 12 0 0 0 GICv2 154 Level fd4c0000.dma
47: 0 0 0 0 GICv2 151 Level fd4a0000.zynqmp-display
48: 0 0 0 0 GICv2 122 Level xilinx_framebuffer
49: 0 0 0 0 GICv2 141 Level xilinx_framebuffer
50: 0 0 0 0 GICv2 142 Level xilinx_framebuffer
51: 0 0 0 0 GICv2 143 Level xilinx_framebuffer
52: 0 0 0 0 GICv2 123 Level xilinx-hdmi-rx
53: 0 0 0 0 GICv2 121 Level xilinx_framebuffer
54: 1 0 0 42423 GICv2 125 Level xilinx-hdmitxss
55: 0 0 0 42426 GICv2 127 Level xlnx-mixer
56: 81 0 0 0 GICv2 126 Level a00d0000.i2c
57: 0 0 0 0 GICv2 139 Edge a00d1000.sync_ip
58: 4 0 0 0 GICv2 128 Level a0200000.al5e, a0220000.al5d
59: 16 0 0 0 GICv2 124 Level xilinx-vphy
60: 0 0 0 0 GICv2 97 Level xhci-hcd:usb1
IPI0: 2763 1869 2597 1312 Rescheduling interrupts
IPI1: 21 26 19 36 Function call interrupts
IPI2: 0 0 0 0 CPU stop interrupts
IPI3: 0 0 0 0 CPU stop (for crash dump) interrupts
IPI4: 0 0 0 0 Timer broadcast interrupts
IPI5: 0 0 0 0 IRQ work interrupts
IPI6: 0 0 0 0 CPU wake-up interrupts
從上面打印信息，也可以看到硬件中斷號、軟件中斷號（邏輯中斷號）不一樣。
目錄/proc/irq下面會為每個rq創建一個以irq編號為名字的子目錄。每個子目錄最重要的文件是smp_affinity。通過更改smp_affinity的值，可以更改處理中斷的CPU。比如下面缺省情況下，讀出來中斷59的smp_affinity是f，對應2進制1111，表示四個處理器都能處理中斷59。后來執行命令“echo 2 > /proc/irq/59/smp_affinity”，把其改為2，就只有CPU-1能處理中斷59。
root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# ls /proc/irq/48 -l total 0 -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node -rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:25 smp_affinity -rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx_framebuffer root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# ls /proc/irq/59 -l total 0 -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node -rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity -rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list -r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx-vphy root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# cat /proc/irq/59/smp_affinity f root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# echo 2 > /proc/irq/59/smp_affinity root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# cat /proc/irq/59/smp_affinity 2 root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# echo 4 > /proc/irq/59/smp_affinity root@zcu106_vcu_llp2_nv16:~# cat /proc/irq/59/smp_affinity 4
Linux的中斷信息，可以參考問?Linux 中斷和smp_affinity,?Linux 中斷和 IRQ 調節。
審核編輯：湯梓紅
工商網監
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