ARM架构与编程(六)后续(09_GIC介绍与编程10_实战_GPIO中断编程(IMX6ULL))_arm generic interrupt controller architecture spec-CSDN博客

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09_GIC介绍与编程

GIC介绍与编程

参考资料：ARM® Generic Interrupt Controller Architecture Specification Architecture version 2.0(IHI0048B_b_gic_architecture_specification_v2).pdf

1.1 GIC介绍

ARM体系结构定义了通用中断控制器（GIC），该控制器包括一组用于管理单核或多核系统中的中断的硬件资源。GIC提供了内存映射寄存器，可用于管理中断源和行为，以及（在多核系统中）用于将中断路由到各个CPU核。它使软件能够屏蔽，启用和禁用来自各个中断源的中断，以（在硬件中）对各个中断源进行优先级排序和生成软件触发中断。它还提供对TrustZone安全性扩展的支持。GIC接受系统级别中断的产生，并可以发信号通知给它所连接的每个内核，从而有可能导致IRQ或FIQ异常发生。

你可以把 ARM的通用中断控制器（GIC） 想象成一个 公司的全能调度中心，专门负责接收各种设备（比如按键、传感器、网卡等）的“紧急呼叫”（中断请求），然后根据优先级、安全等级、目标处理部门（CPU核心）等规则，快速分派任务。以下是通俗解释：

一、GIC的核心功能

统一接听所有“电话”
- 公司有很多部门（外设），每个部门有事都会打“电话”给调度中心（GIC）。比如按键按下、传感器报警、网卡收到数据，都会发送中断信号。GIC统一接收这些请求，避免设备直接“轰炸”老板（CPU核心）导致混乱。
智能分派任务
- 优先级排序：火灾警报（高优先级）比打印机缺纸（低优先级）更紧急，GIC会优先处理。
- 路由规则：有些任务只能给特定部门处理（比如财务问题只能转给财务部），对应多核系统中将中断路由到指定CPU核心。
安全隔离
- 调度中心有“保密部门”（TrustZone安全扩展），机密任务（如指纹识别）只能交给安全部门处理，普通员工（非安全模式）无权接触。

二、GIC的“分派流程”

接收请求
- 外设触发中断 → GIC检测到信号（如按键电平变化）→ 记录在“待办清单”（挂起寄存器）中。
分类处理
- 普通电话（IRQ）：常规任务，比如处理传感器数据。
- 紧急电话（FIQ）：最高优先级任务，比如硬件故障，必须立刻处理。
分派给CPU核心
- 调度中心（Distributor）根据预设规则，将任务分给空闲的“员工”（CPU核心）。例如：
  - 核心A处理网卡数据（高负载任务）
  - 核心B处理按键输入（低负载任务）。
任务完成确认
- CPU处理完中断后，必须通知GIC“任务已完成”（清除中断标志），否则GIC会反复提醒。

三、GIC支持的“电话类型”

中断类型	通俗比喻	技术作用
SGI	内部对讲机：员工之间沟通（如核A通知核B处理任务）	软件生成的中断，用于多核协作（如任务分配、数据同步）。
PPI	部门专线：财务部的报销专线（仅财务部能接听）	每个CPU核心独有的中断（如本地定时器），不与其他核共享。
SPI	公共热线：客户服务电话（如400热线）	共享外设中断（如网卡、硬盘），可路由到任意CPU核心处理。
LPI	VIP直通专线：重要客户直接联系高层（如PCIe设备中断）	基于消息的中断，配置灵活（GICv3及以上支持），适合高性能场景。

四、为什么需要GIC？

减轻CPU负担
- 没有GIC时，所有设备直接找CPU，CPU会疲于应付。GIC像秘书一样先过滤、排序请求，让CPU专注处理核心任务。
支持多核协作
- 调度中心可动态分配任务给多个核心（比如让大核处理复杂计算，小核处理实时任务），提升系统效率。
安全与实时性
- 安全中断（如支付验证）与非安全中断（如游戏画面渲染）隔离，防止敏感操作被干扰。

一句话总结

“GIC就像公司的全能调度员：统一接收所有设备的‘紧急呼叫’，按优先级和安全规则精准分派给CPU核心，既保证火警优先处理，又能让多核团队高效协作！”
通过这套机制，ARM系统可以同时处理数百个中断请求，兼顾性能、实时性和安全性，是手机、服务器、物联网设备的“中枢神经”。

从软件角度来看，GIC具有两个主要功能模块，简单画图如下：

这张图展示了 ARM通用中断控制器（GIC） 的工作原理，可以类比为 一家公司的电话总机系统，专门负责接听各部门的“紧急电话”（中断请求），并按规则转接给对应的负责人（CPU核心）。以下是分步解析：

一、核心角色与流程

来电方（各种中断）
- 比喻：公司各部门（外设）遇到紧急事件时会拨打电话。例如：
  - 键盘部门：按键被按下（需要CPU处理输入）。
  - 网络部门：网卡收到数据包（需要CPU转发）。
  - 传感器部门：温度超标（需要CPU触发警报）。
总机接线员（Distributor）
- 核心作用：接收所有来电，分类、排序、分配。
- 具体工作：
  - 分类：区分普通电话（IRQ）和加密电话（TrustZone安全中断）。
  - 优先级排序：火灾报警电话（高优先级）比打印机缺纸电话（低优先级）优先处理。
  - 安全检查：加密电话只能转接给保密部门（安全模式CPU核）。
  - 分配规则：根据预设策略，将电话转给空闲的部门负责人（CPU核心）。
部门对接员（CPU Interface 0~N）
- 比喻：每个部门（CPU核心）有专属对接员，负责接收总机转来的电话，并确认处理结果。
- 工作流程：
  - 接收总机分配的任务（中断）。
  - 提醒负责人（CPU核心）处理任务（触发IRQ/FIQ异常）。
  - 任务完成后，通知总机“电话已接听”（清除中断标志）。
部门负责人（Processor 0~N）
- 比喻：公司的各部门经理（CPU核心），专注处理分配到的任务。
- 分工举例：
  - Processor 0：处理实时任务（如电机控制）。
  - Processor 1：处理后台任务（如数据备份）。

二、GIC的工作流程（以按键触发中断为例）

来电接入：
- 按键按下 → 键盘部门拨打电话（产生中断信号）→ 总机（Distributor）接听。
总机处理：
- 分类：识别为普通电话（非安全中断）。
- 排序：优先级设为中等（高于温度传感器，低于硬件故障）。
- 分配：转接给当前最空闲的对接员（如CPU Interface 0）。
对接员转接：
- CPU Interface 0通知Processor 0：“有按键任务待处理”。
负责人处理：
- Processor 0暂停当前工作，执行按键处理程序（如更新屏幕显示）。
任务确认：
- Processor 0处理完成后，通知对接员 → 对接员反馈总机“任务完成”。

三、为什么需要GIC？

避免混乱：
- 没有总机时，所有电话直接打给老板（CPU核心），老板会被频繁打断。
- GIC的作用：总机先过滤、排序，只转接必要电话，让老板专注核心任务。
多核协作：
- 总机可动态分配任务给多个老板（多核CPU），提升效率（如大核处理复杂任务，小核处理简单任务）。
安全隔离：
- 保密电话（如指纹识别）只能转给保密部门（安全模式CPU核），防止信息泄露。

一句话总结

“GIC像公司的电话总机系统：接线员（Distributor）接听所有部门来电，按优先级和安全规则转接给对应负责人（CPU核心），既避免电话轰炸，又让多核团队高效协作！”
通过这张图，可以清晰理解中断如何从外设传递到CPU核心，以及GIC在实时性、安全性和多核调度中的核心作用。

① 分发器(Distributor) 系统中的所有中断源都连接到该单元。可以通过仲裁单元的寄存器来控制各个中断源的属性，例如优先级、状态、安全性、路由信息和使能状态。分发器把中断输出到“CPU接口单元”，后者决定将哪个中断转发给CPU核。

② CPU接口单元（CPU Interface） CPU核通过控制器的CPU接口单元接收中断。CPU接口单元寄存器用于屏蔽，识别和控制转发到CPU核的中断的状态。系统中的每个CPU核心都有一个单独的CPU接口。中断在软件中由一个称为中断ID的数字标识。中断ID唯一对应于一个中断源。软件可以使用中断ID来识别中断源并调用相应的处理程序来处理中断。呈现给软件的中断ID由系统设计确定，一般在SOC的数据手册有记录。

要理解ARM的中断控制器GIC中的 分发器（Distributor） 和 CPU接口单元（CPU Interface），可以用一个 公司电话系统 来比喻：

一、分发器（Distributor）——总机接线员

核心作用：统一接收所有“紧急电话”（中断请求），分类、排序后分派给对应部门（CPU核心）处理。
通俗解释：

接收所有来电
- 公司所有部门（外设）遇到问题都会拨打总机电话（产生中断），比如键盘部门报告按键被按下（SPI中断）、财务部门申请报销（PPI中断）等。
分类与规则设置
- 优先级排序：火灾报警（高优先级中断）比打印机缺纸（低优先级）优先处理。
- 目标分配：报销电话只能转给财务部（PPI中断只能发给特定CPU核心），客户投诉电话可转给任意部门（SPI中断可路由到任意核心）。
- 安全隔离：机密电话（安全中断）只能转接给保密部门（安全模式CPU核）。
状态管理
- 记录来电状态：
  - 未接电话（挂起状态）：记录在“待办清单”（Pending状态）。
  - 正在通话（活动状态）：转接给部门后标记为处理中（Active状态）。

技术细节：

分发器通过寄存器（如GICD_前缀）配置每个中断的触发方式（电平/边沿）、优先级、目标CPU列表等。
支持1020个中断ID（0~1019），其中0~31为私有中断（SGI/PPI），32~1019为共享外设中断（SPI）。

二、CPU接口单元（CPU Interface）——部门对接员

核心作用：接收总机转接的“电话”（中断），提醒部门负责人（CPU核心）处理，并确认任务完成。
通俗解释：

接收并提醒处理
- 总机转来报销申请（PPI中断）→ 对接员（CPU接口）通知财务部经理（CPU核心）：“有任务待处理！”。
屏蔽与优先级过滤
- 设置门槛：财务部只处理金额超过100元的报销（设置优先级掩码，低于阈值的中断不转交）。
- 紧急插队：若火灾报警（高优先级中断）到来，对接员会打断当前报销处理（中断抢占）。
处理完成确认
- 财务部处理完报销后，对接员需向总机反馈：“任务完成！”（写入EOI寄存器清除中断标志）。

技术细节：

每个CPU核心有独立的接口单元（如GICC_前缀寄存器），负责中断确认、优先级掩码设置等。
中断处理完成后需分两步操作：优先级下降（允许其他中断抢占）和状态清除（标记为Inactive）。

三、中断处理全流程（以按键触发中断为例）

按键按下：键盘部门拨打总机（产生SPI中断）→ 分发器接收并标记为Pending。
总机处理：根据优先级和目标列表，转接给最空闲的对接员（CPU Interface 0）。
对接员转达：通知技术部负责人（CPU核心0）：“有按键任务待处理！”→ 触发IRQ异常。
处理与反馈：
- 技术部处理按键输入（更新屏幕显示）→ 写入EOI寄存器通知对接员。
- 对接员清除中断状态，总机更新记录为Inactive。

一句话总结

“分发器像总机接线员：统一接听所有设备的中断请求，按优先级和安全规则分派任务；CPU接口像部门对接员：确保中断精准送达CPU核心，并跟踪处理结果。两者配合，让多核系统高效响应外设需求！”
通过这套机制，GIC实现了中断的优先级管理、多核协作和安全隔离，是手机、服务器等设备稳定运行的关键。

中断可以有多种不同的类型：

① 软件触发中断（SGI，Software Generated Interrupt）这是由软件通过写入专用仲裁单元的寄存器即软件触发中断寄存器（ICDSGIR）显式生成的。它最常用于CPU核间通信。SGI既可以发给所有的核，也可以发送给系统中选定的一组核心。中断号0-15保留用于SGI的中断号。用于通信的确切中断号由软件决定。

② 私有外设中断（PPI，Private Peripheral Interrupt）这是由单个CPU核私有的外设生成的。PPI的中断号为16-31。它们标识CPU核私有的中断源，并且独立于另一个内核上的相同中断源，比如，每个核的计时器。

③ 共享外设中断（SPI，Shared Peripheral Interrupt）这是由外设生成的，中断控制器可以将其路由到多个核。中断号为32-1020。SPI用于从整个系统可访问的各种外围设备发出中断信号。

中断可以是边沿触发的（在中断控制器检测到相关输入的上升沿时认为中断触发，并且一直保持到清除为止）或电平触发（仅在中断控制器的相关输入为高时触发）。

中断可以处于多种不同状态：

① 非活动状态（Inactive）–这意味着该中断未触发。 ② 挂起（Pending）–这意味着中断源已被触发，但正在等待CPU核处理。待处理的中断要通过转发到CPU接口单元，然后再由CPU接口单元转发到内核。 ③ 活动（Active）–描述了一个已被内核接收并正在处理的中断。 ④ 活动和挂起（Active and pending）–描述了一种情况，其中CPU核正在为中断服务，而GIC又收到来自同一源的中断。

中断的优先级和可接收中断的核都在分发器(distributor)中配置。外设发给分发器的中断将标记为pending状态（或Active and Pending状态，如触发时果状态是active）。distributor确定可以传递给CPU核的优先级最高的pending中断，并将其转发给内核的CPU interface。通过CPU interface，该中断又向CPU核发出信号，此时CPU核将触发FIQ或IRQ异常。

作为响应，CPU核执行异常处理程序。异常处理程序必须从CPU interface寄存器查询中断ID，并开始为中断源提供服务。完成后，处理程序必须写入CPU interface寄存器以报告处理结束。然后CPU interface准备转发distributor发给它的下一个中断。

在处理中断时，中断的状态开始为pending，active，结束时变成inactive。中断状态保存在distributor寄存器中。

你可以把ARM的中断系统想象成 一个快递分拣中心，里面有快递员（中断源）、分拣机器人（GIC分发器）和派送员（CPU接口）。以下是通俗解释：

一、三种“快递包裹”（中断类型）

SGI（内部快递）
- 比喻：同事之间的小纸条，用于核间通信。比如核A让核B处理任务，写个纸条（触发SGI）扔到核B的工位上。
- 特点：
  - 中断号0-15，像公司内部的16个快递柜编号。
  - 软件触发，无需硬件连线，类似微信消息。
PPI（私人快递）
- 比喻：每个员工的专属快递柜。比如核A的定时器到期，快递只能放进核A的柜子（中断号16-31）。
- 特点：
  - 仅对特定CPU核有效，如私人事务（如本地计时器、传感器报警）。
  - 每个核的PPI独立，互不干扰。
SPI（公共快递）
- 比喻：全公司的公共快递站。比如网卡收到数据，快递员把包裹放在公共区（中断号32-1020），分拣机器人决定派给哪个员工。
- 特点：
  - 外设共享，可路由到任意核（如USB设备、传感器）。
  - 触发方式分两种：边沿触发（按一次门铃）或电平触发（门铃一直响）。

二、快递的“物流状态”（中断状态）

非活动（Inactive）
- 快递未发出，包裹还在仓库里躺着。
挂起（Pending）
- 快递已发出，但分拣中心还没分拣。比如按键按下后，GIC检测到信号但未处理。
活动（Active）
- 快递正在派送中，员工已签收（CPU开始处理中断）。
活动且挂起（Active and Pending）
- 员工正在拆快递，快递员又送来一个同款包裹。比如传感器连续触发两次中断。

三、分拣中心的工作流程

分拣机器人（Distributor）
- 核心任务：
  - 优先级排序：火灾警报（高优先级）比打印机缺纸（低优先级）优先处理。
  - 路由规则：公共快递（SPI）分给最闲的员工（CPU核）。
  - 状态管理：标记包裹状态（Pending→Active）并更新物流信息。
派送员（CPU Interface）
- 具体工作：
  - 接收分拣好的包裹（最高优先级中断）。
  - 通知员工：“有你的快递！”（触发IRQ/FIQ异常）。
  - 员工签收后，撕掉快递单（清除中断标志）。
员工处理（CPU核）
- 步骤：
  - 暂停手头工作，查快递单号（读取中断ID）。
  - 拆包裹（执行中断处理程序）。
  - 处理完通知分拣中心：“任务完成！”（写EOI寄存器）。

四、为什么需要这套系统？

避免混乱：
- 没有分拣中心，所有快递直接堆到员工桌上，员工会被频繁打断。
多核协作：
- 分拣中心动态分配任务，大核处理复杂计算，小核处理实时任务。
实时性与安全：
- 高优先级中断（如硬件故障）插队处理，机密任务（如指纹识别）隔离到安全核。

一句话总结

“ARM的中断系统像快递分拣中心：分拣机器人（Distributor）按优先级派送包裹（中断），派送员（CPU Interface）确保快递精准送达员工（CPU核），既避免包裹堆积，又让多核团队高效协作！”
掌握这套机制，就能理解手机、服务器如何快速响应按键、网络数据等事件，同时避免系统卡顿或崩溃。

下图是GIC控制器的逻辑结构：

这张图展示的是 ARM通用中断控制器（GIC） 的架构，可以把它想象成一个 国际快递分拣中心，负责接收全球各地（外设、软件、虚拟机）的包裹（中断请求），分拣后派送到对应的国家（CPU核心）或跨国分公司（虚拟机）。以下是逐层解析：

一、核心角色与流程

1. 分拣中心（Distributor）

功能：统一接收所有包裹（中断请求），分类、标记、排序。
处理流程：
- 接收包裹：
  - 本地快递（PPI/SGI）：员工私人包裹（如核0的定时器中断、核1发来的内部通知）。
  - 国际快递（SPI）：跨国包裹（如网卡数据、USB设备中断）。
  - 跨国分公司快递（Virtual）：虚拟机的包裹（如虚拟机监控程序发来的请求）。
- 贴标签：每个包裹贴上唯一ID（中断号0~1019），记录优先级和安全等级（如机密/普通）。
- 分拣规则：
  - 优先级最高的包裹（如火灾警报）优先派送。
  - 机密包裹（安全中断）只能派给指定国家（安全模式CPU核）。

2. 国家分拣站（CPU Interface）

功能：每个国家（CPU核心）有自己的分拣站，负责接收总部分拣的包裹，并通知本地快递员（CPU核心）签收。
- 例如：
  - 分拣站0ICC_0）：对应核0，处理本地包裹（PPI）和分派的国际包裹（SPI）。
  - 分拣站7（GICC_7）：对应核7，支持虚拟化包裹（GICV_7）。

3. 跨国分公司通道（Virtual Interface）

功能：处理跨国分公司（虚拟机）的包裹。
- 虚拟监控分拣站（GICH）：跨国总部的分拣员，负责接收虚拟机请求（如虚拟机需要访问硬件）。
- 虚拟分拣站（GICV）：分公司的本地分拣员，处理虚拟机内部的中断（如虚拟机中的APP触发请求）。

二、快递类型与标签（中断分类）

快递类型	通俗比喻	技术细节
SGI（0~15号包裹）	公司内部文件：员工A给员工B发通知（如核0让核1处理任务）。	软件触发，用于多核通信（如核间任务分配）。
PPI（16~31号包裹）	私人包裹：每个员工的专属快递（如核0的本地定时器到期）。	每个核独享，不与其他核共享。
SPI（32~1019号包裹）	国际包裹：全球可送达的公共快递（如网卡、硬盘中断）。	可路由到任意CPU核心，优先级由分发器动态分配。
虚拟包裹（VFIQ/VIRQ）	跨国分公司快递：虚拟机内部的需求（如虚拟机中的APP请求访问硬件）。	通过虚拟接口（GICV/GICH）与物理CPU核心通信。

三、分拣中心的“黑科技”

优先级与抢占
- 插队规则：高优先级包裹（如硬件故障）会打断低优先级任务（如音乐播放），类似急救车优先通行。
- 多核负载均衡：自动将包裹分给最空闲的国家（CPU核心），提升整体效率。
安全隔离（TrustZone）
- 机密包裹：安全中断（如指纹识别）只能派送给“保密国家”（安全模式CPU核），普通员工（非安全模式）无权接触。
虚拟化支持（GICV/GICH）
- 跨国分公司管理：虚拟机监控程序（Hypervisor）像跨国总部，通过虚拟接口协调虚拟机的中断请求。
- 示例流程：
  1. 虚拟机中的APP触发中断 → 虚拟分拣站（GICV）接收并标记为“虚拟包裹”。
  2. 虚拟监控分拣站（GICH）将包裹转发给物理分拣站（GICC）。
  3. 物理CPU核心处理完成后，通过虚拟接口返回结果给虚拟机。

四、分拣中心的“物流状态”

包裹状态
- 未分拣（Pending）：包裹在分拣中心等待处理。
- 派送中（Active）：包裹已派送给某个国家（CPU核心），但未签收。
- 已签收（Inactive）：包裹被处理完成，状态清除。
异常情况
- 重复包裹（Active and Pending）：员工正在拆包裹，分拣中心又收到同款包裹（如传感器连续触发两次中断）。

一句话总结

“GIC像一个国际快递分拣中心：分发器（Distributor）是总部，接收全球包裹（中断）并按规则分派；CPU接口是国家分拣站，确保包裹精准送达；虚拟接口是跨国通道，协调虚拟机的中断请求——整套系统让手机、服务器能同时处理上千个任务，既高效又安全！”

1.1.1 配置

GIC作为内存映射的外围设备，被软件访问。所有内核都可以访问公共的distributor单元，但是CPU interface是备份的，也就是说，每个CPU核都使用相同的地址来访问其专用CPU接口。一个CPU核不可能访问另一个CPU核的CPU接口。

Distributor拥有许多寄存器，可以通过它们配置各个中断的属性。这些可配置属性是：

中断优先级：Distributor使用它来确定接下来将哪个中断转发到CPU接口。
中断配置：这确定中断是对电平触发还是边沿触发。
中断目标：这确定了可以将中断发给哪些CPU核。
中断启用或禁用状态：只有Distributor中启用的那些中断变为挂起状态时，才有资格转发。
中断安全性：确定将中断分配给Secure还是Normal world软件。
中断状态。

Distributor还提供优先级屏蔽，可防止低于某个优先级的中断发送给CPU核。每个CPU核上的CPU interface，专注于控制和处理发送给该CPU核的中断。

你可以把 GIC（通用中断控制器） 想象成一个 大型快递分拣中心，负责接收来自全球各地（外设、软件、虚拟机）的包裹（中断请求），并精准分发给每个快递员（CPU核心）。以下是通俗解释：

一、分拣中心（Distributor）——公共总控台

功能：统一管理所有包裹（中断），决定分发给谁、按什么规则分发。
通俗比喻：

分拣中心是公共的，所有快递员（CPU核心）都可以查看总控台的规则，但无法修改其他快递员的专属设置。
关键配置：
1. 包裹优先级：火灾包裹（高优先级）比普通包裹优先处理。
2. 包裹类型：
  - 边沿触发：按一次门铃就记录（如按键按下一次）。
  - 电平触发：门铃一直响才记录（如传感器持续高温）。
3. 目标快递员：指定包裹只能给张三或李四（如核0处理实时任务，核1处理网络数据）。
4. 安检规则：机密包裹（安全中断）只能交给保密部门（安全模式CPU核）。
5. 包裹状态：记录包裹是否已签收（中断是否处理完成）。

技术细节：

Distributor通过寄存器配置每个中断的优先级（0-255，数值越小优先级越高）、触发方式、目标核列表等[]。
高优先级中断可抢占低优先级任务（如消防车优先通行）。

二、专属快递站（CPU Interface）——每个快递员的私人柜台

功能：接收分拣中心分配的包裹，并确保快递员（CPU核心）能专注处理。
通俗比喻：

每个快递员有独立柜台，只能处理自己的包裹，无法查看他人柜台。
关键操作：
1. 设置门槛：只接收重要包裹（如屏蔽优先级低于50的中断）。
2. 签收确认：快递员处理完包裹后，必须向分拣中心反馈“已签收”（写EOI寄存器清除中断标志）。
3. 紧急插队：若新包裹更紧急（高优先级中断），快递员会暂停当前任务，优先处理新包裹。

技术细节：

每个CPU核的接口单元独立控制中断屏蔽、优先级过滤和抢占逻辑。
中断处理完成后需两步操作：优先级降级（允许其他中断抢占）和状态清除（标记为Inactive）。

三、分拣流程示例（以网络数据中断为例）

包裹到达：网卡收到数据 → 分拣中心标记为“待处理”（Pending状态）。
分拣规则：
- 优先级设为80（高于按键中断，低于硬件故障）。
- 目标核设为核1（负责网络任务）。
派送通知：分拣中心将包裹转给核1的快递站 → 触发IRQ异常。
处理与反馈：
- 核1处理数据转发 → 写入EOI寄存器通知分拣中心。
- 分拣中心更新状态为“已签收”（Inactive）。

一句话总结

“GIC像快递分拣系统：分拣中心（Distributor）统一管理所有中断规则，专属快递站（CPU Interface）确保每个核专注处理自己的任务。高优先级中断插队，安全中断隔离，多核协作高效稳定！”
通过这套机制，手机、服务器能同时处理上千个中断请求，兼顾实时性与安全性。

1.1.2 初始化

Distributor和CPU interface在复位时均被禁用。复位后，必须初始化GIC，才能将中断传递给CPU核。在Distributor中，软件必须配置优先级、目标核、安全性并启用单个中断；随后必须通过其控制寄存器使能。对于每个CPU interface，软件必须对优先级和抢占设置进行编程。每个CPU接口模块本身必须通过其控制寄存器使能。在CPU核可以处理中断之前，软件会通过在向量表中设置有效的中断向量并清除CPSR中的中断屏蔽位来让CPU核可以接收中断。可以通过禁用Distributor单元来禁用系统中的整个中断机制；可以通过禁用单个CPU的CPU接口模块或者在CPSR中设置屏蔽位来禁止向单个CPU核的中断传递。也可以在Distributor中禁用（或启用）单个中断。为了使某个中断可以触发CPU核，必须将各个中断，Distributor和CPU interface全部使能，并

将CPSR中断屏蔽位清零，如下图：

可以把ARM的中断控制器（GIC）想象成一个 国际快递分拣中心，而CPU核是各个国家的快递员。复位状态相当于整个分拣中心停电关机，所有包裹（中断）都无法处理。要让快递系统运作起来，需要一步步开启设备、设置规则。以下是通俗分步解释：

一、分拣中心重启：Distributor的初始化

停电重启（复位后状态）
- 比喻：分拣中心停电Distributor和CPU Interface被禁用），所有包裹堆积在仓库，无法派送。
- 技术细节：复位后GIC默认关闭所有中断传递功能。
制定派送规则（配置中断属性）
- 优先级标签：火灾包裹（高优先级）比普通包裹优先派送 - 目标国家：指定包裹只能发给美国（CPU核0）或中国（CPU核1）。
- 安全等级：机密包裹（安全中断）只能派给保密部门（安全模式核）。
- 启用包裹通道：逐个开启允许派送的包裹类型（启用单个中断）。
- 技术操作：通过Distributor寄存器（如GICD_ICENABLER禁用所有中断，再通过GICD_ISENABLER启用特定中断）[^^5]。
启动分拣中心（使能Distributor）
- 比喻：按下总电源开关，分拣机器人开始工作。
- 技术操作：设置GICD_CTLR寄存器的使能位（如写入1）。

二、各国快递站激活：CPU Interface的配置

设置接单门槛（优先级过滤）
- 比喻：美国快递站只接收价值超过100美元的包裹（设置优先级掩码）。
- 技术操作：通过GICC_PMR寄存器设置CPU核的优先级阈值（如0xF0表示仅处理优先级高于16的中断）。
允许插队规则（抢占设置）
- 比喻：急救车（高优先级包裹）可打断当前派送任务。
- 技术操作：通过GICC_BPR设置抢占级别（如设置为2，允许两级抢占）。
开启快递站电源（使能CPU Interface）
- 比喻：各国快递站通电，准备接收包裹。
- 技术操作：设置GICC_CTLR寄存器的使能位。

三、快递员准备接单：CPU核的启动

设置接单热线（中断向量表）
- 比喻：快递员需要知道包裹处理流程（如火灾包裹拨打119）。
- 技术操作：在内存中设置中断向量表，指向中断处理函数地址。
摘掉“请勿打扰”牌子（清除CPSR屏蔽位）
- 比喻：快递员摘掉“休息中”的牌子，开始接电话。
- 技术操作：清除CPU核的CPSR寄存器中的中断屏蔽位（如IRQ/FIQ位）。

四、中断触发全链路：缺一不可的条件

只有当以下条件全部满足时，中断才能送达CPU核：

包裹已贴标签：中断在Distributor中启用。
分拣中心通电：Distributor全局使能。
快递站通电：目标CPU核的Interface使能。
快递员在线：CPU核的CPSR屏蔽位已清除。
任一环节关闭，包裹都会被拦截（如禁用Distributor相当于切断全球物流）。

五、灵活的中手段

全局关停：禁用Distributor（切断所有包裹派送）。
单个国家拒收：禁用某个CPU核的Interface（如美国快递站罢工）。
屏蔽特定包裹：在Distributor中禁用单个中断（如拒收所有来自键盘的包裹）。

一句话总结

“GIC像快递分拣系统：分拣中心（Distributor）制定规则并启动物流，各国快递站（CPU Interface）设置接单门槛，快递员（CPU核）打开接单热线。只有全链路打通，中断才能精准送达！”
通过这套机制，手机、服务器能高效处理实时事件，同时支持多核协作与安全隔离。

1.1.3 GIC中断处理

当CPU核接收到中断时，它会跳转到中断向量表执行。顶层中断处理程序读取CPU接口模块的Interrupt Acknowledge Register，以获取中断ID。除了返回中断ID之外，读取操作还会使该中断在Distributor中标记为active状态。一旦知道了中断ID（标识中断源），顶层处理程序现在就可以分派特定于设备的处理程序来处理中断。当特定于设备的处理程序完成执行时，顶级处理程序将相同的中断ID写入CPU interface模块中的End of Interrupt register中断结束寄存器，指示中断处理结束。除了把当前中断移除active状态之外，这将使最终中断状态变为inactive或pending（如果状态为inactive and pending），这将使CPU interface能够将更多待处理pending的中断转发给CPU核。这样就结束了单个中断的处理。同一CPU核上可能有多个中断等待服务，但是CPU interface一次只能发出一个中断信号。顶层中断处理程序重复上述顺序，直到读取特殊的中断ID值1023，表明该内核不再有任何待处理的中断。这个特殊的中断ID被称为伪中断ID（spurious interrupt ID）。伪中断ID是保留值，不能分配给系统中的任何设备。

可以把CPU处理中断的过程想象成 快递员处理包裹（中断）的标准化流程，每个环节都有明确的操作步骤和规则。以下是通俗解释：

一、收到包裹：跳转到“分拣中心”（中断向量表）

比喻：快递员（CPU核）收到包裹（中断请求），立刻跑到分拣中心（中断向量表）查看包裹类型对应的处理流程。
技术细节：
- 中断向量表是内存中的一张“地址清单”，每个中断ID对应一个处理程序的入口地址（类似“火灾包裹处理区”或“键盘包裹处理区”）。
- CPU收到中断信号后，自动根据中断类型号（如1023是伪中断）跳转到对应的处理程序入口。

二、拆包验货：获取“包裹单号”（中断ID）

比喻：快递员打开包裹，扫描单号（读取Interrupt Acknowledge Register），确认这是哪个包裹（中断源）。
关键操作：
- 标记为“处理中”：扫描单号后，分拣中心（Distributor）会将此包裹状态从“待处理”（Pending）改为“处理中”（Active），防止其他快递员重复处理。
- 获得唯一ID：例如键盘中断ID是32，网卡中断ID是100，这些编号在系统设计时就已确定。

三、分派任务：呼叫“专业处理员”（设备处理程序）

比喻：根据单号（中断ID），快递员呼叫对应的专业团队（如“键盘维修组”或“网卡数据组”）处理包裹。
技术细节：
- 分派规则：顶层处理程序通过中断ID查表，找到对应的设备驱动函数（如处理键盘按键的代码）。
- 快速处理原则：设备处理程序需短小精悍，避免长时间占用快递员（例如仅记录按键值，不立刻更新屏幕）。

四、完成签收：通知“包裹已送达”（写入EOI寄存器）

比喻：专业团队处理完包裹后，快递员在系统里点击“签收完成”（写入End of Interrupt Register），包裹状态变为“已完成”（Inactive）。
关键作用：
- 释放资源：标记中断为完成，分拣中心（Distributor）可以继续派送新包裹（其他Pending中断）。
- 状态更新：若处理期间同一中断源再次触发，状态会变为“活动且待处理”（Active and Pending），避免遗漏。

五、循环检查：确认“没有遗漏包裹”（检测伪中断ID 1023）

比喻：快递员反复检查分拣中心，直到系统显示“无包裹”（读取到伪中断ID 1023），才停止工作。
技术细节：
- 伪中断ID 1023：相当于系统设置的“空箱标识”，告诉CPU“当前无待处理中断”。
- 避免死循环：若未检测到1023，CPU会误以为还有包裹，导致无意义循环（类似快递员反复扫描空货架）。

六、多包裹处理：一次只能拿一个包裹

比喻：快递员一次只能搬运一个包裹（CPU核一次处理一个中断），处理完再取下一个。
优先级规则：高优先级包裹（如火灾警报）会插队处理，低优先级需等待。

一句话总结

“CPU处理中断就像快递分拣：跳转分拣中心查单号→呼叫专业团队处理→签收后释放资源→循环检查直到无包裹。伪中断ID 1023是‘空箱信号’，防止快递员空跑！”
通过这套机制，CPU能高效处理键盘、网络等外设请求，同时避免中断丢失或重复处理。

1.2 GIC的寄存器

GIC分为两部分：Distributor和CPU interface，它们的寄存器都有相应的前缀：“GICD”、“GICC”。这些寄存器都是映射为内存接口(memery map)，CPU可以直接读写。

1.2.1 Distributor 寄存器描述

1. Distributor Control Register, GICD_CTLR

位域	名	读写	描述
1	EnableGrp1	R/W	用于将pending Group 1中断从Distributor转发到CPU interfaces 0：group 1中断不转发 1：根据优先级规则转发Group 1中断
0	EnableGrp0	R/W	用于将pending Group 0中断从Distributor转发到CPU interfaces 0：group 0中断不转发 1：根据优先级规则转发Group 0中断

整体结构
GIC就像一个大快递分拣中心，分为两个部门：

分拣部（Distributor）：相当于分拣员，负责接收所有快递（中断信号）
派送部（CPU接口）：负责把分拣好的快递派送给收件人（CPU处理）

控制开关（寄存器）
图中展示的是分拣部的总控开关（GICD_CTLR寄存器），这个开关有32个按钮位，但目前只有最底下的两个按钮有用：

🟡 黄色按钮1（EnableGrp1）：控制VIP快递（高优先级中断）是否进入派送流程
🟡 黄色按钮0（EnableGrp0）：控制普通快递（基础中断）是否进入派送流程

工作模式
每个按钮都有两种状态：

按下去（写1）：允许此类快递进入分拣流程，系统会根据包裹上的优先级标签（中断优先级）自动安排派送顺序
弹起来（写0）：直接拦截此类快递，整个分拣中心会假装没收到这类包裹

实际应用
假设现在要系统维护：
① 先关闭普通快递通道（EnableGrp0=0），避免普通中断干扰
② 保持VIP通道开启（EnableGrp1=1），只处理紧急事务
③ 维护完成后，再同时打开两个按钮（都写1），恢复正常服务

这种设计让操作系统像物流调度员一样，可以通过简单操作这两个关键开关，灵活控制哪些类型的中断需要立即处理，哪些可以暂时屏蔽，从而保证系统高效稳定运行。

2. Interrupt Controller Type Register, GICD_TYPER

位域	名	读写	描述
15:11	LSPI	R	如果GIC实现了安全扩展，则此字段的值是已实现的可锁定SPI的最大数量，范围为0（0b00000）到31（0b11111）。如果此字段为0b00000，则GIC不会实现配置锁定。如果GIC没有实现安全扩展，则保留该字段。
10	SecurityExtn	R	表示GIC是否实施安全扩展： 0未实施安全扩展； 1实施了安全扩展
7:5	CPUNumber	R	表示已实现的CPU interfaces的数量。已实现的CPU interfaces数量比该字段的值大1。例如，如果此字段为0b011，则有四个CPU interfaces。
4:0	ITLinesNumber	R	表示GIC支持的最大中断数。如果ITLinesNumber = N，则最大中断数为32*(N+1)。中断ID的范围是0到（ID的数量– 1）。例如：0b00011最多128条中断线，中断ID 0-127。中断的最大数量为1020（0b11111）。无论此字段定义的中断ID的范围如何，都将中断ID 1020-1023保留用于特殊目的

整个寄存器 = 快递中心的配置表

这张图告诉我们这个快递中心（GIC中断控制器）有多大容量、有什么特殊功能，就像一份“分拣中心能力说明书”。

核心配置项解读

📦 最大包裹处理能力（ITLinesNumber）
- 字段位置：第4-0位（最右侧5个开关）
- 作用：决定快递中心最多能处理多少个包裹（中断信号）。
- 计算公式：最大中断数 = 32 × (N+1)
  - 比如：如果这里显示0b00011（十进制的3），则能处理 32×(3+1)=128个包裹
  - 特殊规则：最后4个包裹号（1020-1023）是“保留快递柜”，专门存放紧急物资，普通包裹不能用这些编号。
👨💼 分拣员数量（CPUNumber）
- 字段位置：第7-5位
- 作用：告诉你有多少个分拣员（CPU接口）在岗。
- 计算公式：实际分拣员数 = 数值 + 1
  - 比如：显示0b011（十进制的3），则实际有 3+1=4个分拣员。
🔒 安全保险柜功能（SecurityExtn）
- 字段位置：第10位（单个开关）
- 作用：快递中心是否有“安全保险柜”（安全扩展功能）。
  - 0：没有保险柜，所有包裹混在一起处理
  - 1：有保险柜，重要包裹（安全相关中断）可以单独上锁保护。
🗝️ 保险柜钥匙数量（LSPI）
- 字段位置：第15-11位（仅当有保险柜时生效）
- 作用：如果启用了安全保险柜，这里说明最多有多少把钥匙（可锁定SPI中断数量）。
  - 范围：0到31把钥匙
  - 0：虽然有保险柜，但暂时不提供锁包裹功能
  - 其他值：比如0b11111（十进制的31），表示最多能锁住31个重要包裹。
🚧 预留区域（Reserved）
- 说明书上的空白格（其他位），是快递中心为未来升级预留的空间，暂时用不上。

实际场景举例

假设你看到这份配置表显示：

ITLinesNumber=0b11111 → 最大处理 32×(31+1)=1024个包裹
CPUNumber=0b100 → 4+1=5个分拣员
SecurityExtn=1 → 有安全保险柜
LSPI=0b10101 → 最多能锁住21个重要包裹

那么说明这个快递中心：
1️⃣ 能处理1024个包裹（但1020-1023号包裹是保留的）
2️⃣ 有5个分拣员随时待命
3️⃣ 支持重要包裹单独上锁保护
4️⃣ 安全模式下最多锁定21个包裹

为什么需要这份表？

就像快递中心经理需要知道仓库有多大、有多少员工一样，操作系统通过读取这个寄存器，就能知道当前中断控制器的能力上限，从而合理分配任务（比如：最多能注册多少中断？是否需要处理安全相关的中断？）。

希望这个比喻能帮你轻松理解！ 😄

3. Distributor Implementer Identification Register, GICD_IIDR

位域	名	读写	描述
31:24	ProductID	R	产品标识ID
23:20	保留
19:16	Variant	R	通常是产品的主要版本号
15:12	Revision	R	通常此字段用于区分产品的次版本号
11:0	Implementer	R	含有实现这个GIC的公司的JEP106代码； [11:8]：JEP106 continuation code，对于ARM实现，此字段为0x4； [7]：始终为0； [6:0]：实现者的JEP106code，对于ARM实现，此字段为0x3B

整块牌子 = 分拣中心的身份名片

这个寄存器就像一块电子铭牌，记录了分拣中心（中断控制器）的型号、版本、制造商信息，操作系统每次启动就会自动读取这些信息。

分拣中心名片详解

📦 型号编号（ProductID）
- 位置：31-24位（最左边的8个格）
- 作用：类似分拣中心的设备型号，比如“快递中心Pro-2024款”。
- 特点：
  - 只读不可修改（就像机器出厂时镭雕的编号）
🏷️ 版本大升级（Variant）
- 位置：19-16位
- 作用：记录架构大改版，比如：
  - V1到V2可能从传统仓库升级成自动化分拣
  - V3可能新增AI调度机器人
🔧 维修小版本（Revision）
- 位置：15-12位
- 作用：记录小优化补丁，比如：
  - Rev1.0 ➔ Rev1.1：修正传送带卡顿问题
  - Rev1.2 ➔ Rev1.3：优化包裹扫码速度
🏢 制造商密码（Implementer）
- 位置：11-0位
- 作用：相当于制造商身份证（类似公司营业执照号），ARM的专属解码：
  - [举例]
    → 0x4 + 0x3B = ARM公司独家代码
    → 就像“顺丰编码SF-9527”代表官方认证分拣中心
🚧 留空扩展位（Reserved）
- 位置：23-20位
- 作用：给未来升级预留的空白栏位（比如应急通道扩建位置）

举个实际例子

假设寄存器显示：

▶️ Variant=0x4 → 第四代分拣中心架构（比如配备无人机投递）
▶️ Revision=0x2 → 第二个优化版本（修复了无人机电池过热问题）
▶️ Implementer=0x43B → ARM认证的标志（刻在设备上的正品钢印）

此时操作系统就能知道：
🔹 正在使用ARM制造的第四代分拣中心
🔹 当前版本已升级到Rev.2
🔹 无需人工设置，所有参数自动识别

为什么需要这个寄存器？

就像快递总部要核查每个分拣中心的资质一样：
1️⃣ 兼容性问题：某新款快递机器人只能在V4架构的分拣中心运行
2️⃣ 调试定位：发现传送带卡顿时，通过Revision判断是否需要升级固件
3️⃣ 正版验证：Implementer代码确保不是山寨分拣中心

希望这个比喻能让你轻松看懂这个「硬件身份证」😊

4. Interrupt Group Registers, GICD_IGROUPRn

位域	名	读写	描述
31:0	Group status bits	R/W	组状态位，对于每个位： 0：相应的中断为Group 0； 1：相应的中断为Group 1。

对于一个中断，如何设置它的Group ？首先找到对应的GICD_IGROUPRn寄存器，即n是多少？还要确定使用这个寄存器里哪一位。对于interrtups ID m，如下计算：

 n = m DIV 32，GICD_IGROUPRn里的n就确定了；
 GICD_IGROUPRn在GIC内部的偏移地址是多少？0x080+(4*n)
 使用GICD_IPRIORITYRn中哪一位来表示interrtups ID m？
 bit = m mod 32。

5. Interrupt Set-Enable Registers, GICD_ISENABLERn

位域	名	读写	描述
31:0	Set-enable bits	R/W	对于SPI和PPI类型的中断，每一位控制对应中断的转发行为：从Distributor转发到CPU interface：读： 0：表示当前是禁止转发的； 1：表示当前是使能转发的；写： 0：无效 1：使能转发

对于一个中断，如何找到GICD_ISENABLERn并确定相应的位？

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 32，GICD_ISENABLERn里的n就确定了；
 GICD_ISENABLERn在GIC内部的偏移地址是多少？0x100+(4*n)
 使用GICD_ISENABLERn中哪一位来表示interrtups ID m？
 bit = m mod 32。

6. Interrupt Clear-Enable Registers, GICD_ICENABLERn

位域	名	读写	描述
31:0	Clear-enable bits	R/W	对于SPI和PPI类型的中断，每一位控制对应中断的转发行为：从Distributor转发到CPU interface：读： 0：表示当前是禁止转发的； 1：表示当前是使能转发的；写： 0：无效 1：禁止转发

对于一个中断，如何找到GICD_ICENABLERn并确定相应的位？

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 32，GICD_ICENABLERn里的n就确定了；
 GICD_ICENABLERn在GIC内部的偏移地址是多少？0x180+(4*n)
 使用GICD_ICENABLERn中哪一位来表示interrtups ID m？
 bit = m mod 32。

7. Interrupt Set-Active Registers, GICD_ISACTIVERn

位域	名	读写	描述
31:0	Set-active bits	R/W	读： 0：表示相应中断不是active状态； 1：表示相应中断是active状态；写： 0：无效 1：把相应中断设置为active状态，如果中断已处于Active状态，则写入无效

对于一个中断，如何找到GICD_ISACTIVERn并确定相应的位？

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 32，GICD_ISACTIVERn里的n就确定了；
 GICD_ISACTIVERn在GIC内部的偏移地址是多少？0x300+(4*n)
 使用GICD_ISACTIVERn 中哪一位来表示interrtups ID m？
 bit = m mod 32。

8. Interrupt Clear-Active Registers, GICD_ICACTIVERn

位域	名	读写	描述
31:0	Clear-active bits	R/W	读： 0：表示相应中断不是active状态； 1：表示相应中断是active状态；写： 0：无效 1：把相应中断设置为deactive状态，如果中断已处于dective状态，则写入无效

对于一个中断，如何找到GICD_ICACTIVERn并确定相应的位？

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 32，GICD_ICACTIVERn里的n就确定了；
 GICD_ICACTIVERn 在GIC内部的偏移地址是多少？0x380+(4*n)
 使用GICD_ICACTIVERn中哪一位来表示interrtups ID m？
 bit = m mod 32。

9. Interrupt Priority Registers, GICD_IPRIORITYRn

位域	名	读写	描述
31:24	Priority, byte offset 3	R/W	对于每一个中断，都有对应的8位数据用来描述：它的优先级。每个优先级字段都对应一个优先级值，值越小，相应中断的优先级越高
23:16	Priority, byte offset 2	R/W
15:8	Priority, byte offset 1	R/W
7:0	Priority, byte offset 0	R/W

对于一个中断，如何设置它的优先级(Priority)，首先找到对应的GICD_IPRIORITYRn寄存器，即n是多少？还要确定使用这个寄存器里哪一个字节。

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 4，GICD_IPRIORITYRn里的n就确定了；
 GICD_IPRIORITYRn在GIC内部的偏移地址是多少？0x400+(4*n)
 使用GICD_IPRIORITYRn中4个字节中的哪一个来表示interrtups ID m的优先级？
 byte offset = m mod 4。
 byte offset 0对应寄存器里的[7:0]；
 byte offset 1对应寄存器里的[15:8]；
 byte offset 2对应寄存器里的[23:16]；
 byte offset 3对应寄存器里的[31:24]。

10. Interrupt Processor Targets Registers, GICD_ITARGETSRn

位域	名	读写	描述
31:24	CPU targets, byte offset 3	R/W	对于每一个中断，都有对应的8位数据用来描述：这个中断可以发给哪些CPU。处理器编号从0开始，8位数里每个位均指代相应的处理器。例如，值0x3表示将中断发送到处理器0和1。当读取GICD_ITARGETSR0～GICD_ITARGETSR7时，读取里面任意字节，返回的都是执行这个读操作的CPU的编号。
23:16	CPU targets, byte offset 2	R/W
15:8	CPU targets, byte offset 1	R/W
7:0	CPU targets, byte offset 0	R/W

对于一个中断，如何设置它的目杯CPU？优先级(Priority)，首先找到对应的GICD_ITARGETSRn寄存器，即n是多少？还要确定使用这个寄存器里哪一个字节。

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 4，GICD_ITARGETSRn里的n就确定了；
 GICD_ITARGETSRn在GIC内部的偏移地址是多少？0x800+(4*n)
 使用GICD_ITARGETSRn中4个字节中的哪一个来表示interrtups ID m的目标CPU？
 byte offset = m mod 4。
 byte offset 0对应寄存器里的[7:0]；
 byte offset 1对应寄存器里的[15:8]；
 byte offset 2对应寄存器里的[23:16]；
 byte offset 3对应寄存器里的[31:24]。

想象这个寄存器是快递包裹的派送规则表，每个包裹（中断信号）都有专属的派送标签（目标CPU配置），告诉分拣中心：“这个包裹要送给几号分拣员（CPU）”。

核心规则详解

1️⃣ 表格结构（寄存器布局）

每个格子（寄存器）能管理4个包裹（中断ID），每个包裹的派送规则占一个小格子（8位）。
格子内部划分：
- 小格子3（字节偏移3）：控制包裹的高优先级分拣员（对应寄存器的[31:24]位）
- 小格子2（字节偏移2）：控制中等优先级分拣员（对应寄存器的[23:16]位）
- 小格子1（字节偏移1）：控制普通分拣员（对应寄存器的[15:8]位）
- 小格子0（字节偏移0）：控制备用分拣员（对应寄存器的[7:0]位）

2️⃣ 派送规则设定（二进制位含义）

每个小格子（8位）对应8个分拣员（CPU编号0-7），每位代表一个分拣员：
- 二进制1：这个分拣员需要接收此类包裹（中断）
- 二进制0：不分派给这个分拣员
- 举例：0b00000111（二进制）→ 分拣员0、1、2要接收包裹

3️⃣ 如何找到包裹对应的格子？

假设现在有一个包裹编号是 m（中断ID）：

步骤1：找大格子（寄存器编号n）
n = m ÷ 4（只取整数部分）
- 比如：包裹编号m=9 → n=9÷4=2（第2个大格子）
步骤2：找小格子（字节偏移）
字节偏移 = m % 4（取余数）
- 比如：包裹编号m=9 → 9%4=1 → 字节偏移1（对应寄存器的[15:8]位）

4️⃣ 实际贴标签（配置示例）

案例：想让包裹m=5同时派送给分拣员1和3：
1️⃣ 计算位置

n=5÷4=1（使用第1个大格子GICD_ITARGETSR1）
字节偏移=5%4=1（操作寄存器的[15:8]位）
2️⃣ 设置二进制位
分拣员1 → 第1位写1
分拣员3 → 第3位写1
最终值：0b00001010（二进制，对应十六进制0x0A）

特殊机制（隐藏规则）

自动识别分拣员：如果分拣员查看自己的派送任务表（读取寄存器），系统会自动显示当前分拣员的编号（比如CPU2读寄存器时，返回的值会包含自己的编号）。
多分拣员协作：一个包裹可以同时贴多个分拣员标签（多CPU处理同一个中断），但需要分拣中心协调避免重复派送。

为什么需要这个设计？

就像快递总部需要灵活调度：
1️⃣ 负载均衡：紧急包裹（高优先级中断）可以指定给空闲分拣员
2️⃣ 容灾备份：重要包裹可同时派送多个分拣员，避免漏单
3️⃣ 动态调整：根据分拣员忙闲状态，随时修改派送规则

希望这个比喻能让你像快递调度员一样轻松配置中断目标！ 🚚💨

11. Interrupt Configuration Registers, GICD_ICFGRn

位域	名	读写	描述
[2F+1:2F]	Int_config, field F	R/W	对于每一个中断，都有对应的2位数据用来描述：它的边沿触发，还是电平触发。对于Int_config [1]，即高位[2F + 1]，含义为： 0：相应的中断是电平触发； 1：相应的中断是边沿触发。对于Int_config [0]，即低位[2F]，是保留位。

对于一个中断，如何找到GICD_ICFGRn并确定相应的位域F？

 对于interrtups ID m，如下计算：
 n = m DIV 16，GICD_ICFGRn里的n就确定了；
 GICD_ICACTIVERn 在GIC内部的偏移地址是多少？0xC00+(4*n)
 F = m mod 16。

12. Identification registers: Peripheral ID2 Register, ICPIDR2

位域	名	读写	描述
[31:0]	-	R/W	由实现定义
[7:4]	ArchRev	R	该字段的值取决于GIC架构版本： 0x1：GICv1； 0x2：GICv2。
[3:0]	-	R/W	由实现定义

1.2.2 CPU interface寄存器描述

1. CPU Interface Control Register, GICC_CTLR

此寄存器用来控制CPU interface传给CPU的中断信号。对于不同版本的GIC，这个寄存器里各个位的含义大有不同。以GICv2为例，有如下2种格式：

以GIC2 with Security Extensions, Non-secure copy 为例，GICC_CTLR中各个位的定义如下：

位域	名	读写	描述
[31:10]	-		保留
[9]	EOImodeNS	R/W	控制对GICC_EOIR和GICC_DIR寄存器的非安全访问： 0：GICC_EOIR具有降低优先级和deactivate中断的功能；对GICC_DIR的访问是未定义的。 1：GICC_EOIR仅具有降低优先级功能； GICC_DIR寄存器具有deactivate中断功能。
[8:7]	-		保留
[6]	IRQBypDisGrp1	R/W	当CPU interface的IRQ信号被禁用时，该位控制是否向处理器发送bypass IRQ信号： 0：将bypass IRQ信号发送给处理器； 1：将bypass IRQ信号不发送到处理器。
[5]	FIQBypDisGrp1	R/W	当CPU interface的FIQ信号被禁用时，该位控制是否向处理器发送bypass FIQ信号： 0：将bypass FIQ信号发送给处理器； 1：旁路FIQ信号不发送到处理器
[4:1]	-		保留
[0]	-	R/W	使能CPU interface向连接的处理器发出的组1中断的信号: 0：禁用中断信号 1：使能中断信号

整体比喻

这个寄存器相当于快递分拣中心控制台的 核心控制面板，有 32个隐藏开关（对应32个二进制位），但只有 5个关键按钮 真正生效，其他都是预留的空白按钮（保留位）。

重点按钮说明

1️⃣ VIP包裹处理模式（EOImodeNS 第9位）

作用：控制 VIP包裹（高优先级中断） 的分拣流程
按钮状态：
- 按下去（写1） → 流程：
  ✔️ 分拣员只需降低包裹优先级
  ✔️ 禁止手动取出包裹（无法调用DIR寄存器的退件功能）
- 弹起来（写0） → 完整VIP流程：
  ✔️ 分拣员既要降低优先级，又要取出包裹
  ✔️ 手动退件功能激活（允许调用DIR寄存器）

2️⃣ 紧急通道开关（IRQBypDisGrp1 第6位）

作用：当普通分拣通道（IRQ信号）关闭时，是否启用 紧急通道（bypass IRQ）
按钮状态：
- 按下去（写1） → 锁死紧急通道
  🚫 所有包裹必须走常规分拣流程
- 弹起来（写0） → 开放紧急通道
  🚨 紧急包裹直接送达分拣员（绕过常规流程）

3️⃣ 超级紧急通道开关（FIQBypDisGrp1 第5位）

作用：当特快分拣通道（FIQ信号）关闭时，是否启用 超级紧急通道（bypass FIQ）
按钮状态：与IRQ通道逻辑相同
- 写1：禁用超级通道
- 写0：激活超级通道

4️⃣ 总闸门开关（EnableGrp1 第0位）

作用：整个分拣中心的总电源开关
按钮状态：
- 按下去（写1） → 启动分拣中心
  💡 所有分拣员开始处理包裹
- 弹起来（写0） → 切断电源
  🔌 分拣中心停止运作，所有包裹堆积在仓库

控制台操作指南

场景1：处理系统崩溃

1️⃣ 按下 总闸门（EnableGrp1=1） → 启动分拣中心
2️⃣ 按下 VIP处理模式（EOImodeNS=1） → 仅处理优先级，禁止手动退件
3️⃣ 弹起 紧急通道开关（IRQBypDisGrp1=0） → 允许紧急包裹直达CPU

场景2：系统维护模式

1️⃣ 关闭总闸门（EnableGrp1=0）→ 暂停所有分拣
2️⃣ 锁死所有紧急通道（IRQ/FIQBypDisGrp1=1）→ 彻底隔离系统

为什么这样设计？

就像快递分拣中心需要灵活应对各种突发状况：

模式切换：通过EOImodeNS切换VIP包裹处理逻辑，适应不同安全需求
紧急逃生：当常规通道故障时，bypass通道确保关键包裹不丢失
全局控制：总闸门一键切断所有分拣流程，便于系统维护

这排按钮让操作系统像分拣中心主管一样，既能精细控制单个流程，又能快速响应全局状态变化。💡

2. Interrupt Priority Mask Register, GICC_PMR

提供优先级过滤功能，优先级高于某值的中断，才会发送给CPU。

位域	名	读写	描述
[31:8]	-		保留
[7:0]	-	R/W	优先级高于这个值的中断，才会发送给CPU

[7:0]共8位，可以表示256个优先级。但是某些芯片里的GIC支持的优先级少于256个，则某些位为RAZ / WI，如下所示：

 如果有128个级别，则寄存器中bit[0] = 0b0，即使用[7:1]来表示优先级；
 如果有64个级别，则寄存器中bit[1:0] = 0b00，即使用[7:2]来表示优先级；
 如果有32个级别，则寄存器中bit[2:0] = 0b000，即使用[7:3]来表示优先级；
 如果有16个级别，则寄存器中bit[3:0] = 0b0000，即使用[7:4]来表示优先级；

注意：imx6ull最多为32个级别

3. Binary Point Register, GICC_BPR

此寄存器用来把8位的优先级字段拆分为组优先级和子优先级，组优先级用来决定中断抢占。

位域	名	读写	描述
[31:3]	-		保留
[2:0]	Binary point	R/W	此字段的值控制如何将8bit中断优先级字段拆分为组优先级和子优先级，组优先级用来决定中断抢占。更多信息还得看看GIC手册。

想象每个包裹（中断）贴着一个 8位二进制紧急度标签（优先级字段，如0b10110011）。GICC_BPR寄存器相当于一把 智能切割刀，它的作用是把这8位标签切成两部分：

前半段：组优先级（Group Priority） → 决定能否插队
（比如标签前半段不同，高优先级的包裹可以直接抢过分拣机）
后半段：子优先级（Sub Priority） → 决定同组内的排队顺序
（同一组内的包裹按后半段顺序处理）

切割刀的使用说明书（寄存器结构）

这把刀只有 3个刻度按钮（对应寄存器的[2:0]位），其他区域都是固定死的（[31:3]位保留无用）：

███████████████████████████████ ▼ 刻度按钮 ███
[31.....................................3][2 1 0]
                 保留区域                   二进制点位置

刻度按钮的作用（Binary Point值）

数值范围：0-7（3位二进制能表示的数）
实际含义：切割刀在第几位后落下
（比如刻度=3 → 前5位是组优先级，后3位是子优先级）

举个实际切割案例

假设现在有一个包裹的紧急度标签是 0b10110011（十进制179）：
1️⃣ 刻度设置为3（Binary Point=3）

切割位置：第3位（从右往左数，第0位开始）
→ 组优先级：0b10110（前5位，十进制22）
→ 子优先级：0b011（后3位，十进制3）
效果：不同组的包裹可以互相抢占，同组的按子优先级排序

2️⃣ 刻度设置为5（Binary Point=5）

切割位置：第5位
→ 组优先级：0b101（前3位，十进制5）
→ 子优先级：0b10011（后5位，十进制19）
效果：组划分更粗粒度，更多包裹可能属于同一组，减少抢占次数

为什么需要这把刀？

就像快递分拣中心需要动态调整插队规则：

高抢占模式（刻度值小）：
→ 组优先级位数多 → 分组更细致 → 更多包裹能插队
（适合医院急救物资运输，紧急任务频繁的场景）
低抢占模式（刻度值大）：
→ 组优先级位数少 → 分组更粗略 → 系统更稳定
（适合普通物流，减少频繁插队导致的分拣机卡顿）

操作指南

开机初始化：根据业务需求设置切割刻度（比如刻度=3）
```
// 代码示例：设置二进制点为3
GICC_BPR = 3;  // 写入[2:0]位
```
动态调整：若发现系统频繁被中断打乱，可调大刻度值减少分组数量
保留位警告：其他按钮（[31:3]位）严禁乱按，可能导致分拣机故障！

通过这把“切割刀”，操作系统就像分拣中心主管，能灵活控制中断插队的精细度，平衡系统响应速度和稳定性。✂️🚚

4. Interrupt Acknowledge Register, GICC_IAR

CPU读此寄存器，获得当前中断的interrtup ID。

位域	名	读写	描述
[31:13]	-		保留
[12:10]	CPUID	R	对于SGI类中断，它表示谁发出了中断。例如，值为3表示该请求是通过对CPU interface 3上的GICD_SGIR的写操作生成的。
[9:0]	Interrupt ID	R	中断ID

5. Interrupt Register, GICC_EOIR

写此寄存器，表示某中断已经处理完毕。GICC_IAR的值表示当前在处理的中断，把GICC_IAR的值写入GICC_EOIR就表示中断处理完了。

位域	名	读写	描述
[31:13]	-		保留
[12:10]	CPUID	W	对于SGI类中断，它的值跟GICD_IAR. CPUID的相同。
[9:0]	EOIINTID	W	中断ID，它的值跟GICD_IAR里的中断ID相同

1.3 GIC编程

使用cortex A7处理器的芯片，一般都是使用GIC v2的中断控制器。处理GIC的基地址不一样外，对GIC的操作都是一样的。在NXP官网可以找到IMX6ULL的SDK包。下载后可以参考这个文件：core_ca7.h，里面含有GIC的初始化代码。

10_实战_GPIO中断编程(IMX6ULL)

GPIO中断编程

目的：实现KEY2中断，按下、松开按键，串口输出相应信息。

1.1 先看原理图

100ASK IMX6ULL按键原理图

我们使用KEY2来演示中断的处理(它更复杂一点)
课后作业：实现KEY1的中断处理函数。
KEY2用的是GPIO04_IO14引脚

1.2 IMX6ULL的GPIO中断

IMX6ULL的GPIO中断在硬件上的框架，跟STM32MP157是类似的。 IMX6ULL中没有EXTI控制器，对GPIO的中断配置、控制，都在GPIO模块内部实现：

1.2.1 GPIO控制器

1. 配置GPIO中断

每组GPIO中都有对应的GPIOx_ICR1、GPIOx_ICR2寄存器(interrupt configuration register )。每个引脚都可以配置为中断引脚，并配置它的触发方式：

整体比喻

这个寄存器相当于 16条快递传送带的触发规则控制面板，每条传送带（对应GPIO的16个输入引脚）有 4种触发模式，比如：

包裹静止不动时报警（低电平触发）
包裹被举起时报警（高电平触发）
包裹刚放上传送带时报警（上升沿触发）
包裹刚离开传送带时报警（下降沿触发）

控制面板结构

1️⃣ 面板布局（寄存器位结构）

总共有32个开关位（从31到0位），但 每2个位控制一条传送带
- 举例：
  - 传送带15 → 31-30位（ICR15）
  - 传送带0 → 1-0位（ICR0）
复位值全0：所有传送带默认关闭报警功能（就像感应器没通电）

2️⃣ 每条传送带的触发规则（2位字段的4种模式）

每个2位开关可以设置4种状态：

二进制值	比喻场景	实际含义
00	关掉感应器	中断禁用
01	包裹一碰到传送带就响	高电平触发
10	包裹刚被放上传送带时响	上升沿触发（从低到高的瞬间）
11	包裹刚被拿走时响	下降沿触发（从高到低的瞬间）

实际操作指南

场景1：设置传送带5的触发规则

假设想让 传送带5（对应ICR5，占用11-10位）在 包裹刚被放上时报警：
1️⃣ 计算二进制值：

选择模式 10（上升沿触发）
2️⃣ 写入寄存器：
将11-10位的值改为 0b10

// 代码示例（假设基地址为0x4000）  
*(volatile uint32_t*)(0x4000 + 0xICR1偏移) |= (0b10 << 10);

场景2：关闭传送带15的报警

将31-30位（ICR15）设为 00：

// 清空31-30位  
*(volatile uint32_t*)(0x4000 + 0xICR1偏移) &= ~(0b11 << 30);

注意事项

1️⃣ 不要乱按其他按钮（保留位）：

图中灰色区域（如位16-31中未被ICR占用的部分）是预留位，随意修改可能导致传送带混乱！

2️⃣ 复位状态全0：

系统重启后所有传送带默认关闭报警，需要重新设置触发模式

为什么需要这个设计？

就像快递中心需要灵活管理不同包裹的警报规则：

紧急包裹（如易碎品）：设置为 上升沿触发（刚放上就优先处理）
普通包裹：设置为 下降沿触发（离开时才统计数量）
维护模式：直接关闭所有报警（设为00）

通过这个「触发感应器控制面板」，操作系统可以像调度员一样，精细控制每个GPIO引脚的中断触发条件，让硬件资源高效协作！ 📦🚨

2. 使能GPIO中断

3. 判断中断状态、清中断

1.2.2 GIC

GIC比较复杂，下一个视频再详细讲解。

1.2.3 CPU

CPU的CPSR寄存器中有一位：I位，用来使能/禁止中断。

可以使用以下汇编指令修改I位：

   CPSIE I  ; 清除I位，使能中断
   CPSID I  ; 设置I位，禁止中断

ARM架构与编程(六)后续(09_GIC介绍与编程10_实战_GPIO中断编程(IMX6ULL))

09_GIC介绍与编程

GIC介绍与编程

1.1 GIC介绍

一、​​GIC的核心功能​​

二、​​GIC的“分派流程”​​

三、​​GIC支持的“电话类型”​​

四、​​为什么需要GIC？​​

一句话总结

一、​​核心角色与流程​​

二、​​GIC的工作流程（以按键触发中断为例）​​

三、​​为什么需要GIC？​​

一句话总结

一、​​分发器（Distributor）——总机接线员​​

二、​​CPU接口单元（CPU Interface）——部门对接员​​

三、​​中断处理全流程（以按键触发中断为例）​​

一句话总结

一、​​三种“快递包裹”（中断类型）​​

二、​​快递的“物流状态”（中断状态）​​

三、​​分拣中心的工作流程​​

四、​​为什么需要这套系统？​​

一句话总结

一、​​核心角色与流程​​

1. ​​分拣中心（Distributor）​​

2. ​​国家分拣站（CPU Interface）​​

3. ​​跨国分公司通道（Virtual Interface）​​

二、​​快递类型与标签（中断分类）​​

三、​​分拣中心的“黑科技”​​

四、​​分拣中心的“物流状态”​​

一句话总结

1.1.1 配置

一、​​分拣中心（Distributor）——公共总控台​​

二、​​专属快递站（CPU Interface）——每个快递员的私人柜台​​

三、​​分拣流程示例（以网络数据中断为例）​​

一句话总结

1.1.2 初始化

一、​​分拣中心重启：Distributor的初始化​​

二、​​各国快递站激活：CPU Interface的配置​​

三、​​快递员准备接单：CPU核的启动​​

四、​​中断触发全链路：缺一不可的条件​​

五、​​灵活的中手段​​

一句话总结

1.1.3 GIC中断处理

一、​​收到包裹：跳转到“分拣中心”（中断向量表）​​

二、​​拆包验货：获取“包裹单号”（中断ID）​​

三、​​分派任务：呼叫“专业处理员”（设备处理程序）​​

四、​​完成签收：通知“包裹已送达”（写入EOI寄存器）​​

五、​​循环检查：确认“没有遗漏包裹”（检测伪中断ID 1023）​​

六、​​多包裹处理：一次只能拿一个包裹​​

一句话总结

1.2 GIC的寄存器

1.2.1 Distributor 寄存器描述

1. Distributor Control Register, GICD_CTLR

2. Interrupt Controller Type Register, GICD_TYPER

​​整个寄存器 = 快递中心的配置表​​

​​核心配置项解读​​

​​实际场景举例​​

​​为什么需要这份表？​​

3. Distributor Implementer Identification Register, GICD_IIDR

整块牌子 = 分拣中心的身份名片​​

​​分拣中心名片详解​​

​​举个实际例子​​

​​为什么需要这个寄存器？​​

4. Interrupt Group Registers, GICD_IGROUPRn

5. Interrupt Set-Enable Registers, GICD_ISENABLERn

6. Interrupt Clear-Enable Registers, GICD_ICENABLERn

7. Interrupt Set-Active Registers, GICD_ISACTIVERn

8. Interrupt Clear-Active Registers, GICD_ICACTIVERn

9. Interrupt Priority Registers, GICD_IPRIORITYRn

10. Interrupt Processor Targets Registers, GICD_ITARGETSRn

​​核心规则详解​​

1️⃣ ​​表格结构（寄存器布局）​​

2️⃣ ​​派送规则设定（二进制位含义）​​

3️⃣ ​​如何找到包裹对应的格子？​​

4️⃣ ​​实际贴标签（配置示例）​​

​​特殊机制（隐藏规则）​​

​​为什么需要这个设计？​​

11. Interrupt Configuration Registers, GICD_ICFGRn

12. Identification registers: Peripheral ID2 Register, ICPIDR2

1.2.2 CPU interface寄存器描述

一、GIC的核心功能

二、GIC的“分派流程”

三、GIC支持的“电话类型”

四、为什么需要GIC？

一、核心角色与流程

二、GIC的工作流程（以按键触发中断为例）

三、为什么需要GIC？

一、分发器（Distributor）——总机接线员

二、CPU接口单元（CPU Interface）——部门对接员

三、中断处理全流程（以按键触发中断为例）

一、三种“快递包裹”（中断类型）

二、快递的“物流状态”（中断状态）

三、分拣中心的工作流程

四、为什么需要这套系统？

一、核心角色与流程

1. 分拣中心（Distributor）

2. 国家分拣站（CPU Interface）

3. 跨国分公司通道（Virtual Interface）

二、快递类型与标签（中断分类）

三、分拣中心的“黑科技”

四、分拣中心的“物流状态”

一、分拣中心（Distributor）——公共总控台

二、专属快递站（CPU Interface）——每个快递员的私人柜台

三、分拣流程示例（以网络数据中断为例）

一、分拣中心重启：Distributor的初始化

二、各国快递站激活：CPU Interface的配置

三、快递员准备接单：CPU核的启动

四、中断触发全链路：缺一不可的条件

五、灵活的中手段

一、收到包裹：跳转到“分拣中心”（中断向量表）

二、拆包验货：获取“包裹单号”（中断ID）

三、分派任务：呼叫“专业处理员”（设备处理程序）

四、完成签收：通知“包裹已送达”（写入EOI寄存器）

五、循环检查：确认“没有遗漏包裹”（检测伪中断ID 1023）

六、多包裹处理：一次只能拿一个包裹

整个寄存器 = 快递中心的配置表

核心配置项解读

实际场景举例

为什么需要这份表？

整块牌子 = 分拣中心的身份名片

分拣中心名片详解

举个实际例子

为什么需要这个寄存器？

核心规则详解

1️⃣ 表格结构（寄存器布局）

2️⃣ 派送规则设定（二进制位含义）

3️⃣ 如何找到包裹对应的格子？

4️⃣ 实际贴标签（配置示例）

特殊机制（隐藏规则）

为什么需要这个设计？

整体比喻

重点按钮说明

1️⃣ VIP包裹处理模式（EOImodeNS 第9位）

2️⃣ 紧急通道开关（IRQBypDisGrp1 第6位）

3️⃣ 超级紧急通道开关（FIQBypDisGrp1 第5位）

4️⃣ 总闸门开关（EnableGrp1 第0位）

控制台操作指南

场景1：处理系统崩溃

场景2：系统维护模式

为什么这样设计？

切割刀的使用说明书（寄存器结构）

刻度按钮的作用（Binary Point值）

举个实际切割案例

为什么需要这把刀？

操作指南

整体比喻

控制面板结构

1️⃣ 面板布局（寄存器位结构）

2️⃣ 每条传送带的触发规则（2位字段的4种模式）

实际操作指南

场景1：设置传送带5的触发规则

场景2：关闭传送带15的报警

注意事项

为什么需要这个设计？