以下文章來(lái)源于Arm精選 ，作者baron

說(shuō)明：

在默認(rèn)情況下，本文講述的都是ARMV8-aarch64架構(gòu)，gicv3, linux kernel 5.14

思考：你是否想過(guò)這樣的一個(gè)場(chǎng)景：當(dāng)一個(gè)中斷正在處理事務(wù)時(shí)，又來(lái)了一個(gè)高優(yōu)先級(jí)中斷把它搶占了?也就是所謂著中斷嵌套。很多人可能都會(huì)說(shuō)“這種場(chǎng)景當(dāng)然存在了”，但現(xiàn)實(shí)中真的存在嗎?不要被網(wǎng)上的博客或書(shū)上的一些章節(jié)所誤導(dǎo)，今天我們拋開(kāi)事務(wù)看本質(zhì)，從以下方面著手進(jìn)行討論：

ARM CORE支持中斷嵌套嗎

GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?

Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒(méi)有使用中斷嵌套?

在介紹之前，我們先記下幾個(gè)共識(shí)(也就是常識(shí)，本文不做重復(fù)介紹的)：

FIQ和IRQ具有同樣的優(yōu)先級(jí)，F(xiàn)IQ只是一種中斷類型，并非所謂著快速中斷。

1、ARM CORE支持中斷嵌套嗎?

首先來(lái)看ARM CORE支持中斷嵌套嗎?答案 支持! 但是是有一個(gè)前提，在進(jìn)入中斷處理時(shí)，PSTATE的I、F、A等比特位是MASK的，軟件中需要主動(dòng)unmask后，那么就可以中斷嵌套了。如下圖所示，正是ARM Core支持中斷嵌套的一個(gè)示例(或者叫模型)：

2、GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?

繼續(xù)看GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?答案 支持中斷搶占，支持中斷嵌套!。

2.1、先介紹以下優(yōu)先級(jí)和搶占的概念

每個(gè) INTID(中斷號(hào)) 都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)(用寄存器GICD_IPRIORITYn 或 GICR_IPRIORITYn 表示)，它是一個(gè) 8 位無(wú)符號(hào)值。0x00 是可能的最高優(yōu)先級(jí)，0xFF 是可能的最低優(yōu)先級(jí)

每個(gè) PE 在其 CPU interface中都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)掩碼寄存器 (ICC_PMR_EL1)。該寄存器設(shè)置將中斷轉(zhuǎn)發(fā)到該 PE 所需的最低優(yōu)先級(jí)。只有優(yōu)先級(jí)高于寄存器值的中斷才會(huì)發(fā)送給 PE

GICv3 架構(gòu)具有 運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的概念。當(dāng) PE 響應(yīng)中斷時(shí)，它的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)變?yōu)樵撝袛嗟膬?yōu)先級(jí)。當(dāng) PE 寫入 EOI 寄存器之一時(shí)，運(yùn)行優(yōu)先級(jí)將返回其先前值。如果 PE 尚未處理中斷，則運(yùn)行優(yōu)先級(jí)為空閑優(yōu)先級(jí) (0xFF)。只有優(yōu)先級(jí)高于運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的中斷才能搶占當(dāng)前中斷

2.2、Without preemption ：即關(guān)閉搶占，disable running priority

在Without preemption的情況下，高優(yōu)先級(jí)的中斷無(wú)法搶占正在active的中斷，只能等active的中斷執(zhí)行完了、返回了，高優(yōu)先級(jí)的中斷才能發(fā)生"搶占"(這里還說(shuō)搶占，合適嗎?此種情況應(yīng)屬于搶占pendding中斷)。如下圖所示，便是一個(gè)示例：

高優(yōu)先級(jí)的中斷 無(wú)法搶占active的中斷

等待active的中斷執(zhí)行完畢返回了，高優(yōu)先級(jí)的中斷才能發(fā)生搶占(也就是搶占pendding中斷)

雖然你關(guān)閉了搶占，但優(yōu)先級(jí)仍然存在，仍然會(huì)發(fā)生作用

搶占正在pendding中斷的示例， 這種情況下，一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷可以搶占一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的pendding中斷，并非搶占正在執(zhí)行的中斷，搶占后高優(yōu)先級(jí)的中斷變成pendding。而我們大多數(shù)人所說(shuō)的中斷嵌套是指，一個(gè)中斷正在執(zhí)行時(shí)，被另外一個(gè)中斷給搶占了。

當(dāng) CPU interface上的一個(gè)低優(yōu)先級(jí)中斷處于pendding狀態(tài)時(shí)，更高優(yōu)先級(jí)的中斷也可能會(huì)變?yōu)閜endding狀態(tài)。Redistributor 可以為新的更高優(yōu)先級(jí)中斷發(fā)送 Set 命令。此 Set 命令將取代之前的 Set 命令，導(dǎo)致 CPU interface為較低優(yōu)先級(jí)的中斷發(fā)出 Release。下圖顯示了此類場(chǎng)景的示例。該示例假設(shè) INTID Y 的優(yōu)先級(jí)高于 INTID X。

2.3、With preemption

接下來(lái)就看 搶占正在active中斷的示例，描述的其實(shí)就是：一個(gè)中斷正在執(zhí)行，然后另一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的中斷打斷了它, 這也就是正是我們所說(shuō)的中斷嵌套。

在考慮搶占時(shí)，運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的概念很重要。當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)中斷被發(fā)送給一個(gè)已經(jīng)在處理一個(gè)低優(yōu)先級(jí)中斷的 PE 時(shí)，就會(huì)發(fā)生搶占。 搶占為軟件帶來(lái)了一些額外的復(fù)雜性，但它可以防止低優(yōu)先級(jí)中斷阻塞更高優(yōu)先級(jí)中斷的處理。

2.4、那么對(duì)于一個(gè)gicv3的IP，優(yōu)先級(jí)肯定是有的，它到底是Without preemption 還是With preemption呢?如何配置的呢?

請(qǐng)查略ICC_BPRn_EL1寄存器，該寄存器定義優(yōu)先級(jí)值字段分成兩部分的點(diǎn)，即組優(yōu)先級(jí)字段和子優(yōu)先級(jí)字段。組優(yōu)先級(jí)字段確定組 1 中斷搶占。 換句白話來(lái)解釋就是，中斷優(yōu)先級(jí)被分成了兩部分，如下圖所示，ICC_BPRn_EL1寄存器的BIT[2:0]定義了下圖中的N的值

對(duì)于搶占，僅考慮Group優(yōu)先級(jí)位。Subpriority優(yōu)先級(jí)位被忽略. 然后舉一個(gè)例子：

INTID A has priority 0x10

INTID B has priority 0x20

INTID C has priority 0x21

如上有三個(gè)中斷，A可以搶占B，但B不可以搶占C，因?yàn)锽和C的Group priority是一樣的

3、 Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒(méi)有使用中斷嵌套?

繼續(xù)看Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒(méi)有使用中斷嵌套?答案 沒(méi)有使用!

首先查看ICC_BPRn_EL1寄存器的配置：

寫入的是0，也就是意味著，N=0, 即下圖的第一行，也就是說(shuō)搶占是開(kāi)啟的。

繼續(xù)看，針對(duì)每一個(gè) INTID(中斷號(hào)) 的priority的配置，如下所示，在gic初始化階段，給每一個(gè) INTID(中斷號(hào)) 都配置成了一樣的優(yōu)先級(jí)，值位0XA5。也就是所有中斷的優(yōu)先級(jí)都是一樣的。

事實(shí)上，在gicv3代碼中，提供了一個(gè)接口，可以單獨(dú)針對(duì)某一中斷設(shè)置優(yōu)先級(jí)。

查略該函數(shù)用途，僅僅是為NMI中斷設(shè)置的(注：Linux Kernel中armv8體系目前還沒(méi)有該中斷，ARMV9新增了一類NMI中斷)，其值為0Xa5 & 0x7f = 0x25，該值小于0XA0，所有該優(yōu)先級(jí)大于其它中斷的優(yōu)先級(jí)。