4 How Interrupts work 與遵循樹的自然結構的地址範圍轉換不同， 中斷信號可以起源於或者終止於板卡上的任何設備。 與設備樹中自然表示的設備定址不同，中斷信號的表示獨立於設備樹節點之間的連接。通常用下麵的四個屬性來描述一個中斷連接： interrupt-controller - 一個 ...
4 How Interrupts work 與遵循樹的自然結構的地址範圍轉換不同， 中斷信號可以起源於或者終止於板卡上的任何設備。 與設備樹中自然表示的設備定址不同，中斷信號的表示獨立於設備樹節點之間的連接。通常用下麵的四個屬性來描述一個中斷連接：
- interrupt-controller - 一個空屬性，聲明一個接收中斷信號的設備節點
- #interrupt-cells - 這是中斷控制器節點的一個屬性。它聲明中斷控制器的 interrupt specifier（中斷描述符）占用多少單元格(類似於#address-cells和#size-cells)。
- interrupt-parent - 一種包含指向中斷控制器句柄指針的屬性；如果沒有該屬性，節點也可以從其父節點繼承該屬性
- interrupts - 包含一系列的interrupt specifier的屬性，每一個interrupt specifier表示設備發出的一個中斷信號
/dts-v1/;
/ {
compatible = "acme,coyotes-revenge";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
interrupt-parent = <&intc>;
cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
cpu@0 {
compatible = "arm,cortex-a9";
reg = <0>;
};
cpu@1 {
compatible = "arm,cortex-a9";
reg = <1>;
};
};
serial@101f0000 {
compatible = "arm,pl011";
reg = <0x101f0000 0x1000 >;
interrupts = < 1 0 >;
};
serial@101f2000 {
compatible = "arm,pl011";
reg = <0x101f2000 0x1000 >;
interrupts = < 2 0 >;
};
gpio@101f3000 {
compatible = "arm,pl061";
reg = <0x101f3000 0x1000
0x101f4000 0x0010>;
interrupts = < 3 0 >;
};
intc: interrupt-controller@10140000 {
compatible = "arm,pl190";
reg = <0x10140000 0x1000 >;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
};
spi@10115000 {
compatible = "arm,pl022";
reg = <0x10115000 0x1000 >;
interrupts = < 4 0 >;
};
external-bus {
#address-cells = <2>
#size-cells = <1>;
ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet
1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller
2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash
ethernet@0,0 {
compatible = "smc,smc91c111";
reg = <0 0 0x1000>;
interrupts = < 5 2 >;
};
i2c@1,0 {
compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
reg = <1 0 0x1000>;
interrupts = < 6 2 >;
rtc@58 {
compatible = "maxim,ds1338";
reg = <58>;
interrupts = < 7 3 >;
};
};
flash@2,0 {
compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
reg = <2 0 0x4000000>;
};
};
};
需要註意的是：
- 本機只有一個中斷控制器： interrupt-controller@10140000
- “intc”標簽， 已添加到中斷控制器節點，該標簽用於為根節點中的“interrupt-parent”屬性分配一個phandle。這個“interrupt-parent”屬性成為系統的預設值，因為所有子節點都會繼承它，除非顯式地重寫它。
- 每個設備使用屬性“interrupts”來指定一條不同的中斷信號輸入線
- “ #interrupt-cells”屬性等於2，所以每個interrupt specifier有2個cells， 本例使用了一種常見的模式，即使用第一個單元格對中斷行號進行編碼，使用第二個單元格一些flags進行編碼。比如高有效、低有效或者邊緣有效與敏感程度。對於任何給定的中斷控制器，請參閱控制器的對應文檔，以瞭解specifier是如何編碼的。
aliases {
ethernet0 = ð0;
serial0 = &serial0;
};
在為設備分配標識符時，操作系統支持使用別名。
可以發現，在這裡使用了一個新的語法。“屬性= &label;”這個語法將標簽引用的完整節點路徑指定為字元串屬性。這與文章前面出現的，phandle = < &label >不同（前面是把一個phandle插入到cell中）;
chosen 節點
chosen節點不代表真實的設備，而是用作在固件和操作系統之間傳遞數據的地方，比如boot參數。所選節點中的數據不代表硬體。通常，所選節點在.dts源文件中為空，併在啟動過程中時填充。
在我們的示例系統中，固件可能會將以下內容添加到chosen節點:
chosen {
bootargs = "root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1 console=ttyS0,115200";
};
7 高級主題
高級示例機器
之前，我們已經學習了一些基礎的定義。現在讓我們在示例機器里增加一些新的硬體，以便討論一些更複雜的用例。高級的示例主板里增加了一個PCI主橋，其控制寄存器映射到地址空間0x10180000，BARS空間從地址0x80000000開始。 根據我們對設備樹的瞭解，我們可以開始添加以下節點來描述PCI主機橋接。
pci@10180000 {
compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
reg = <0x10180000 0x1000>;
interrupts = <8 0>;
};
PCI Host Bridge
本節將描述 Host/PCI bridge node. 註意，理解本節需要有一些PCI的基本知識。但這不是一個關於PCI的教程，如果你需要更深入的信息，請閱讀[1]。您還可以參考ePAPR v1.1,或者kernel的Documentation\devicetree\bindings目錄（在那裡可以找到飛思卡爾MPC5200的完整工作示例）PCI Bus numbering
每個PCI匯流排都被唯一編號，匯流排編號通過使用bus-range屬性在PCI節點中公開，該屬性包含兩個單元。第一個單元給出分配給這個節點的匯流排號，第二個單元給出任何從屬PCI匯流排的最大匯流排號。 下麵的例子只有一個簡單的PCI匯流排，所以兩個單元格全是0. pci@0x10180000 {
compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
reg = <0x10180000 0x1000>;
interrupts = <8 0>;
bus-ranges = <0 0>;
};
PCI Address Translation
與之前描述的本地匯流排類似，PCI地址空間與CPU的地址空間是完全分離的，所以需要有地址轉換，將PCI地址空間轉換到CPU的地址空間。像之前一樣，轉換的過程依賴於屬性“ range,“”#address-cells,“和“#size-cells”。 pci@0x10180000 {
compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
reg = <0x10180000 0x1000>;
interrupts = <8 0>;
bus-ranges = <0 0>;
#address-cells = <3>
#size-cells = <2>;
ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000>;
}
紅色的PCI地址占用3個單元格。PCI地址範圍占用2個單元格。為什麼地址占用三個單元格？這是與PCI的 phys.hi, phys.mid ，phys.low相對應。
* phys.hi cell: npt000ss bbbbbbbb dddddfff rrrrrrrr
* phys.mid cell: hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh
* phys.low cell: llllllll llllllll llllllll llllllll
PCI地址是64位寬，編碼成為了三段：phys.hi, phys.mid ，phys.low。需要重點註意的是phys.hi地址段：
* n: relocatable region flag (doesn't play a role here)
* p: prefetchable (cacheable) region flag
* t: aliased address flag (doesn't play a role here)
* ss: space code
* 00: configuration space
* 01: I/O space
* 10: 32 bit memory space
* 11: 64 bit memory space
* bbbbbbbb: The PCI bus number. PCI may be structured hierarchically. So we may have PCI/PCI bridges which will define sub busses.
* ddddd: The device number, typically associated with IDSEL signal connections.
* fff: The function number. Used for multifunction PCI devices.
* rrrrrrrr: Register number; used for configuration cycles.
在PCI地址轉換中，重要的欄位是p和ss, phys.hi 中的p和ss欄位決定了哪個地址PCI地址空間正在被訪問。 看一下range屬性，我們有三個區域：
從PCI地址0x80000000開始的32位可預取記憶體區域，大小為512 MByte，將映射到主機CPU上的地址0x80000000。
從PCI地址0xa0000000開始的32位不可預取記憶體區域，大小為256 MByte，將映射到主機CPU上的地址0xa0000000。
從PCI地址0x00000000開始的一個I/O區域，其大小為16 MByte，將映射到主機CPU上的地址0xb0000000。
比較麻煩的是，phys.hi 的存在意味著， 操作系統需要知道節點表示PCI橋接器，以便在轉換時忽略不相關的欄位。 操作系統將在pci匯流排節點中查找字元串“pci”，以確定是否需要屏蔽額外欄位。
PCI DMA Address Translation
上述“ranges”屬性定義了CPU如何查看PCI記憶體，並幫助CPU設置正確的記憶體視窗，並將正確的參數寫入各種PCI設備寄存器。這有時稱為“ outbound memory”。 地址轉換的一個特殊情況涉及PCI主設備如何查看系統的核心記憶體。當PCI控制器充當主設備並獨立訪問系統的核心記憶體時，就會發生這種情況。由於這通常是與CPU不同的視圖(與記憶體線如何連接有關)，因此可能需要在初始化時將其編程到PCI主控制器中。 這被看作是一種DMA，因為PCI匯流排獨立地執行直接記憶體訪問，因此這些映射被命名為DMA -range。這種類型的記憶體映射有時稱為“ inbound memory”，不屬於PCI設備樹規範的一部分。 在某些情況下，ROM (BIOS)或類似的引導程式將在引導時設置這些寄存器，但在其他情況下，PCI控制器完全未初始化，需要從設備樹中讀取信息，並完成這些轉換。然後，PCI主機驅動程式通常將解析dma-ranges屬性，並相應地在主機控制器中設置一些寄存器。 繼續擴展上面的例子：pci@0x10180000 {
compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
reg = <0x10180000 0x1000>;
interrupts = <8 0>;
bus-ranges = <0 0>;
#address-cells = <3>
#size-cells = <2>;
ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000
dma-ranges = <0x02000000 0 0x00000000 0x80000000 0 0x20000000>;
};
“dma-ranges”表示，從PCI主機控制器的角度看，從PCI-E地址0x00000000開始的512MB記憶體將出現在CPU core地址的0x80000000.你也能看到，“ss”地址被設置為0x02來表示它是一個32位的記憶體空間。
Advanced Interrupt Mapping
現在我們開始更有趣的部分，PCI中斷映射。一個PCI設備可以觸發中斷，通過信號線#INTA，#INTB，#INTC，#INTD。在中斷信號名字前面的“#”表示這個中斷時低有效（這是一個常見的約定）。PCI的中斷信號一直是低有效。 單功能設備必須使用#INTA來中斷。多功能設備必須使用#INTA如果它使用一個中斷引腳，#INTA和#INTB如果它使用兩個中斷引腳，等等。 由於這些規則，#INTA通常比#INTB、#INTC和#INTD被更多的函數使用。 為了將負載分配到支持#INTA到#INTD的四條IRQ線路上，PCI插槽或者設備通過rotate的方式連接到中斷控制器的不同信號線上，以避免所有的#INTA都連接到相同的信號線上。 這個過程稱為對中斷進行swizzling。 因此，設備樹需要一種方法將每個PCI中斷信號映射到中斷控制器的輸入。“ #interrupt-cells”，“ interrupt-map”，“ interrupt-map-mask”屬性被用來描述中斷信號的映射。 實際上，這裡描述的中斷映射並不局限於PCI匯流排，任何節點都可以指定複雜的中斷映射，但是到目前為止，PCI用例是最常見的。 pci@0x10180000 {
compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
reg = <0x10180000 0x1000>;
interrupts = <8 0>;
bus-ranges = <0 0>;
#address-cells = <3>
#size-cells = <2>;
ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000>;
#interrupt-cells = <1>;
interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
interrupt-map = <0xc000 0 0 1 &intc 9 3 // 1st slot
0xc000 0 0 2 &intc 10 3
0xc000 0 0 3 &intc 11 3
0xc000 0 0 4 &intc 12 3
0xc800 0 0 1 &intc 10 3 // 2nd slot
0xc800 0 0 2 &intc 11 3
0xc800 0 0 3 &intc 12 3
0xc800 0 0 4 &intc 9 3>;
};
首先，你會註意到，PCI的中斷號只占用1個單元格，不像系統其他的中斷控制器使用2個單元格；一個對應中斷信號線的序號，一個對應flag。PCI只需要一個單元格來表示中斷，是因為PCI中斷都是低有效。 在我們的示例板卡中，我們有2個PCI插槽，每一個有4個中斷線。所以我們需要映射8個中斷信號線到中斷控制器中。這是通過“interrupt-map”屬性來完成的。 由於中斷號（例如#INTA）並不足以區分是PCI匯流排上哪個設備觸發的中斷。我們也需要表示出來是哪個PCI設備觸發的中斷。 幸運的是，每個PCI設備都有一個我們可以使用的唯一設備號。為了區分多個PCI設備的中斷，我們需要一個由PCI設備號和PCI中斷號組成的元組。 更進一步，我們構造了一個單元中斷說明符，它有四個單元: 3個單元格表示地址，包含phys.hi,phys.mid,phys.low 1個單元格表示中斷號，（#INTA、#INTB、#INTC、#INTD） 因為我們只需要PCI地址的設備號部分，中斷映射掩碼屬性就發揮作用了。“ interrupt-map-mask”也是一個由四部分組成的元組，像“ unit interrupt specifier”一樣。掩碼的第一段表示“ unit interrupt specifier”的哪一部分是有用的。 在我們的示例中，我們可以看到只有phys的設備編號只有phys.hi是必需的，我們需要3位來區分這4個中斷。 現在我們可以構造中斷映射屬性。此屬性是一個表，該表中的每個條目由子(PCI匯流排)單元中斷說明符、父句柄(負責服務中斷的中斷控制器)和父單元中斷說明符組成。因此，在第一行中，我們可以讀到PCI中斷#INTA被映射到irq9上，這是我們中斷控制器的低靈敏度級別。 目前唯一缺少的部分是PCI匯流排單元中斷描述符中的數字。單元中斷描述符的重要部分是來自“ phys.hi ”的設備編號。而設備編號是板卡相關的，不同的板卡的設備編號可能不同，它取決於每個PCI主機控制器如何激活每個設備上的IDSEL pin。在本例中，為PCI插槽1分配設備id為24 (0x18)，為PCI插槽2分配設備id為25 (0x19)。每個PCI插槽的“ phys.hi”取值，是通過將設備號左移11位，得到ddddd部分來確定的，如下所示: * phys.hi for slot 1 is 0xC000, and * phys.hi for slot 2 is 0xC800. slot1的0x18左移11位，就是0xC000；slot2的0x19左移11位，就是0xC800。 綜合一起考慮，中斷映射表如下： 插槽1的INTA為IRQ9，低有效 插槽1的INTB為IRQ10，低有效 插槽1的INTC為IRQ11，低有效 插槽1的INTD為IRQ12，低有效 以及 插槽2的INTA為IRQ10，低有效 插槽2的INTB為IRQ11，低有效 插槽2的INTC為IRQ12，低有效 插槽2的INTD為IRQ9，低有效 屬性“ interrupts = <8 0>;”表示PCI中斷控制器本身可能觸發的中斷，不要與PCI設備觸發的中斷相混淆 ( INTA, INTB, ...)。 最後要註意的一點是，就像“ interrupt-parent”屬性一樣，節點上存在“interrupt-map”屬性將更改所有子節點和子節點的預設中斷控制器。在本PCI示例中，這意味著PCI主機橋接器成為預設中斷控制器。如果通過PCI匯流排連接的設備與另一個中斷控制器有直接連接，那麼它還需要指定自己的“ interrupt-parent”屬性。
