.. _ip_ls_intf_idu: IDU ======================= 简介 --------------- Nuclei IDU（中断分发单元）与处理器内核接口紧密耦合，这使得中断处理延迟低，并能高效处理迟到的中断。 所有中断，包括中断、事件、不可屏蔽中断（NMI），均来自子系统。IDU可提供核间中断（ICI）和信号量机制。 .. figure:: /assets/images/idu_arch.png :alt: idu_arch :height: 600px :align: center IDU架构 **注: 以*号开头的信号表示，该信号是否可用取决于其与IDU是否异步。** 主要功能 --------------- IDU的主要功能如下： - 支持多达32个核间中断（ICI）分发。这里的ICI-INT为电平式。 - 如果核心数量小于24，则支持将核心间中断（ICI）信息从源核心传输到目标核心。 - 支持最多128个来自SoC的事件分发。这里的SoC事件应为脉冲。 - 支持最多4096个SoC-IRQ（来自SoC）的分发。这里的SoC-IRQ应为电平型。 - 支持最多128个SoC-NMI（无屏蔽中断）分发。这里的SoC-NMI应为电平型。 - 支持最多32个信号量寄存器机制。 - 系统控制寄存器的实现。 - 支持针对特定SoC-NMI的锁定模式机制，可用于CPU安全模式。 - 支持SoC-IRQs可被视为Soc-事件机制。 - 低延迟异常和中断处理。 功能描述 --------------- 外部中断分配 ------------------------- IDU 在子系统中充当中断分发器，它支持： - 将所有外部中断广播到特定内核或所有目标内核。 - 让特定核心申请特定中断，该中断仅由该特定核心响应，其他核心无法申请此中断。 中断分配广播模式 ------------------------- 如果用户想使用IDU将外部中断广播到部分或全部目标核心，只需打开相关中断INTn_INDICATOR寄存器的响应位。每个INTn_INDICATOR寄存器的响应位指示所有目标核心的各个核心ID号。 例如：在多核模式下，INTn_INDICATOR[i] 表示中断号 N 已启用并发送到内核编号 i。 中断分配先到先得模式 ------------------------- 如果用户想使用IDU将外部中断广播到部分或全部目标核心，则让第一个到达的核心申请该中断。除了INTn_INDICATOR寄存器外，还需要INTn_MASK寄存器配合使用。 例如：在多核模式下，如果用户希望仅由CORE1响应INT1，则应将寄存器INT1_INDICATOR[1]和INT1_MASK[1]写为“1”。 要点如下： - 将正确的值写入INTn_Indicator寄存器。 - 当外部中断到来时，它将被广播到所有启用INTn_Indicator相应位的目标核心。在所有核心的中断N处理程序中，首先将其核心ID（而非mhartid）写入INTn_MASK，然后读取INTn_MASK的值。如果该值与核心ID匹配，则表示已成功申请到该中断，随后正常继续处理该中断。如果不匹配，则表示其他核心已申请到该中断，因此退出中断处理程序。 - 当核心成功申请中断并处理中断时，在执行mret之前，应将复位值（全1）写入INTn_MASK。 核间中断 ------------------------- 核心间中断（ICI）是指在多核系统中，一个核心可以向另一个核心发送中断。IDU实现了一种良好的核心间中断机制，包含以下两种寄存器： - SEND_CORE_ID 寄存器：发送此核心间中断的核心 ID - 接收核心ID寄存器：接收此核心间中断的核心ID 如果核心n（核心ID=n）想将ICI发送给核心m（核心ID=m），那么流程很简单： - 核心n将值n写入SEND_CORE_ID（ICI_SHADOW_REG[31:16]），并将值m写入RE-CEIVE_CORE_ID（ICI_SHADOW_REG[15:0]）。 - 然后nCOREm_INT_STATUS寄存器会更新，并且IDU触发ICI自动发送到Corem - 当Core m接收到ICI并进入ICI中断服务例程（ISR）时，它可以查询Corem_INI_STATUS寄存器，并得知当前的ICI是由Core n触发的。此外，Core m还需在ISR返回前向源ICI发送的CoreID位写入1以清除该位。 - 此外，如果您的系统中core_num<=24，idu支持通过（ICI_SHADOW_REG[31:24]）传输ICI中断信息（8位）。目标（Core m）可以通过读取其自身的COREm_INT_STATUS寄存器[31:24]来获取这些信息。 **注: 在ICI的ISR中，应清除其自身COREn_INT_STATUS的相应位。如果ISR已完成Core_n的ICI工作，则清除Core n；如果已完成Core_n和Core_ms的工作，则同时清除这两个位等。** 在单核模式下，核间中断是针对自身进行发送和接收的。当soc_irq_num<=32时，该寄存器的位范围为soc_irq_num。但当soc_irq_num>32时，则存在n个32位寄存器（n=soc_irq_num/32）。 IDU信号量 ------------------------- IDU 还提供多达 32 个信号量，供用户进行配置和使用。信号量对于多核系统非常有用。 相关寄存器是 SEMAPHOREn。 使用信号量的软件要点如下： - 系统中的所有内核都同意使用信号量寄存器来保护关键资源（例如UART设备）。 - 如果核心n想要访问临界资源，它应尝试通过向该寄存器写入其核心ID来获取信号量寄存器SEMAPHOREn的拥有权，然后读取SEMAPHOREn的值并与自己的核心ID进行比较。如果匹配，则成功获取了信号量并可以访问临界资源；如果不匹配，则显然未获取到信号量，无法访问临界资源。 - 当核心n拥有寄存器SEMAPHOREn并完成与关键资源相关的任务后，它应通过向该寄存器写入全1来释放该寄存器。 事件分发广播模式 ------------------------- IDU 在子系统中充当事件分发器，它支持： - 将所有外部事件广播到特定核心或所有目标核心。 - 将任何外部中断视为外部事件。 如果用户想使用IDU将外部事件广播到某些/所有目标核心，只需打开相关中断COREn_EVENT_SEL寄存器的响应位即可。每个COREn_EVENT_SEL寄存器的响应位指示了各个外部事件源。 例如：在某些双核系统中，如果用户设置CORE0_EVENT_SEL[5]，则表示核心0将接收外部事件5。 如果用户希望将任何外部中断视为事件，请设置INT_AS_EVENT_EN寄存器的相应位。 例如：将INT_AS_EVENT_EN[5]写为"1"，这意味着外部中断5被视为事件 NMI分发广播模式 ------------------------- 如果用户想使用IDU将外部nmi（无屏蔽中断）广播到某些/所有目标核，只需打开相关中断COREn_NMI_SEL寄存器的响应位即可。每个COREn_NMI_SEL寄存器的响应位指示各个外部事件源。 例如：在某些双核系统中，如果用户设置CORE1_EVENT_SEL[7]，则表示核心1将接收外部事件7。 - 锁定模式机制 当软件依次写入0x1234_5678和0x90CD_EFAB时，所有SoC-NMI分发寄存器都将被锁定，且在重置IDU模块之前无法更改。 寄存器 --------------- 寄存器偏移及简单描述列表 ------------------------- ================ =========================== ============== ================================================================================================================== 偏移 寄存器名 复位值 功能描述 ================ =========================== ============== ================================================================================================================== 0x0000 CORE0_ICI_STATUS 0x0000_0000 核心 0 的核间中断状态寄存器 ... ... ... ... 0x007C COREn_ICI_STATUS 0x0000_0000 核心 n 的核间中断状态寄存器 0x0080 SEMAPHORE0 0x0000_0000 信号量 0 寄存器 ... ... ... ... 0x00FC SEMAPHOREn 0x0000_0000 信号量 n 寄存器 0x0100 HART0_EVENT_SEL_GRP0 0x0000_0001 Hart 0 的外部事件选择寄存器（组 0） ... ... ... ... 0x017C HARTn_EVENT_SEL_GRP0 0x0000_0001 Hart n 的外部事件选择寄存器（组 0） 0x0180 SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP0 0x0000_0000 将 SoC 发出的每个外部中断作为事件发送给 Hart ... ... ... ... 0x037C SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP127 0x0000_0000 将 SoC 发出的每个外部中断作为事件发送给 Hart 0x3FFC REG_ICI 0x0000_0000 内部核心中断分发寄存器 0x4000 SOC_INT0_INDICATOR 0xFFFF_FFFF soc_irq0 发送到哪些核心 ... ... ... ... 0x7FFC SOC_INT4095_INDICATOR 0xFFFF_FFFF soc_irq4095 发送到哪些核心 0x8000 SOC_INDO_MASK 0x0000_0000 soc_irq0_indicator 掩码寄存器 ... ... ... ... 0xBFFC SOC_IND4095_MASK 0x0000_0000 soc_irq4095_indicator 掩码寄存器 0xC000 CORE0_NMI_SEL_GRP0 0x0000_0000 核心 0 的 NMI 中断选择寄存器（组 0） ... ... ... ... 0xC07C CORE31_NMI_SEL_GRP0 0x0000_0000 核心 31 的 NMI 中断选择寄存器（组 0） 0xC080 CORE_NMI_LOCK_KEY 0x0000_0000 所有 CORE_NMI_SEL 寄存器的 NMI 锁定寄存器 0xC084 CORE_NUM 0x0000_0000 只读寄存器，其值取决于系统中核心的数量 0xC088 HART_NUM 0x0000_0000 只读寄存器，其值取决于系统中 Hart 的数量 0xC090 SOC_IRQ_NUM 0x0000_0000 只读寄存器，其值取决于系统中 SoC_IRQ 的数量 0xC094 SOC_EVENT_NUM 0x0000_0000 只读寄存器，其值取决于系统中 SoC_EVENT 的数量 0xC098 SOC_NMI_NUM 0x0000_0000 只读寄存器，其值取决于系统中 SoC_NMI 的数量 ================ =========================== ============== ================================================================================================================== 寄存器详细说明 ------------------------- - CORE0_ICI_STATUS Address offset: 0x0000. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= CORE0_ICI_STATUS 23:0 W1C 0x0 核心 0 的核间中断状态寄存器 CORE0_ICI_INFO 31:24 RO 0x0 核心 0 的核间中断信息 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - COREn_ICI_STATUS Address offset: 0x007C. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= COREn_ICI_STATUS 23:0 W1C 0x0 核心 n 的核间中断状态寄存器 COREn_ICI_INFO 31:24 RO 0x0 核心 n 的核间中断信息 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SEMAPHORE0 Address offset: 0x0080. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= HART_STATUS 3:0 RW 0xf 复位值为 0xf，其他值表示特定 Hart 拥有信号量 CORE_STATUS 9:4 RW 0x3f 复位值为 0x3f，其他值表示特定核心拥有信号量 Reserved 31:10 / / 保留位 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SEMAPHOREn Address offset: 0x00FC. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= HART_STATUS 3:0 RW 0xf 复位值为 0xf，其他值表示特定 Hart 拥有信号量 CORE_STATUS 9:4 RW 0x3f 复位值为 0x3f，其他值表示特定核心拥有信号量 Reserved 31:10 / / 保留位 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - HART0_EVENT_SEL_GRP0 Address offset: 0x0100. ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= HART0_EVENT_SEL_GRP0 31:0 RW 0x1 Hart 0 的外部事件选择寄存器（组 0） ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= - HARTn_EVENT_SEL_GRP0 Address offset: 0x017C. ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= HARTn_EVENT_SEL_GRP0 31:0 RW 0x1 Hart n 的外部事件选择寄存器（组 0） ==================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP0 Address offset: 0x0180. ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP0 31:0 RW 0x0 将 soc_irq (0-31) 作为事件发送给 Hart ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP127 Address offset: 0x037C. ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOC_IRQ_AS_EVENT_EN_GRP127 31:0 RW 0x0 将 soc_irq (4064~4095) 作为事件发送给 Hart ========================== ======== ============ ========== ======================================================================= - REG_ICI Address offset: 0x3FFC. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOURCE 23:16 WO 0x0 发送该核间中断的 Core ID ICL_INT_INFO 31:24 WO 0x0 源核心将 8 位中断信息写入目标核心 DESTINATION 15:0 WO 0x0 接收该核间中断的 Core ID ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_INT0_INDICATOR Address offset: 0x4000. ================== ======== ============ ============ ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= SOC_INT0_INDICATOR 31:0 RW 0xffff_ffff 设置每一位，IDU 将把 soc_int0 分发到对应的 Core ex: 当 bit0 被置位时，soc_int0 将分发给 core 0 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= - SOC_INT4095_INDICATOR Address offset: 0x7FFC. ===================== ======== ============ ============ ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ===================== ======== ============ ============ ======================================================================= SOC_INT4095_INDICATOR 31:0 RW 0xffff_ffff 设置每一位，IDU 将把 soc_int0 分发到对应的 Core ex: 当 bit0 被置位时，soc_int0 将分发给 core 0 ===================== ======== ============ ============ ======================================================================= - SOC_INDO_MASK Address offset: 0x8000. ================== ======== ============ ============ ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= SOC_INDO_MASK 31:0 RW 0xffff_ffff 当指示寄存器位被置位时，启用 soc_irq0 到各核心（Core0 ~ Core31） 注意：掩码寄存器可基于其复位值进行更改。这意味着，如果某个核心更新了 掩码寄存器值，则应将其写回复位值（释放掩码寄存器），以便其他核心后续使用 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= - SOC_IND4095_MASK Address offset: 0xBFFC. ================== ======== ============ ============ ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= SOC_IND4095_MASK 31:0 RW 0xffff_ffff 当指示寄存器位被置位时，启用 soc_irq4095 到各核心（Core0 ~ Core31） 注意：掩码寄存器可基于其复位值进行更改。这意味着，如果某个核心更新了 掩码寄存器值，则应将其写回复位值（释放掩码寄存器），以便其他核心后续使用 ================== ======== ============ ============ ======================================================================= - CORE0_NMI_SEL_GRP0 Address offset: 0xC000. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= CORE0_NMI_SEL_GRP0 31:0 RW 0x1 该寄存器指示 core0 接收哪些 NMI 事件 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - CORE31_NMI_SEL_GRP0 Address offset: 0xC07C. =================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 =================== ======== ============ ========== ======================================================================= CORE31_NMI_SEL_GRP0 31:0 RW 0x1 该寄存器指示 core31 接收哪些 NMI 事件 =================== ======== ============ ========== ======================================================================= - CORE_NMI_LOCK_KEY Address offset: 0xC080. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= CORE_NMI_LOCK_KEY 31:0 WO 0x0 所有 COREn_NMI_SEL_GRP_SEL 寄存器的锁键寄存器。 当依次写入 0x1234_5678 和 0x90CD_EFAB 后，所有 COREn_NMI_GRP_SEL 寄存器将被锁定，直到 IDU 模块复位前无法更改 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - CORE_NUM Address offset: 0xC084. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= CORE_NUM 31:0 RO CONF 只读寄存器，其值取决于系统中 Core 的数量 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - HART_NUM Address offset: 0xC088. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= HART_NUM 31:0 RO CONF 只读寄存器，其值取决于系统中 Hart 的数量 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_IRQ_NUM Address offset: 0xC090. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOC_IRQ_NUM 31:0 RO CONF 只读寄存器，其值取决于系统中 soc irq 的数量 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_EVENT_NUM Address offset: 0xC094. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOC_EVENT_NUM 31:0 RO CONF 只读寄存器，其值取决于系统中 soc event 的数量 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= - SOC_NMI_NUM Address offset: 0xC098. ================== ======== ============ ========== ======================================================================= 字段 位域 访问属性 复位值 描述 ================== ======== ============ ========== ======================================================================= SOC_NMI_NUM 31:0 RO CONF 只读寄存器，其值取决于系统中 soc nmi 的数量 ================== ======== ============ ========== =======================================================================