而这个PCI桥的Secondary Bus在接收Dock设备的请求时仍然使用正向译码方式。PCI桥使用的正向译码方式与PCI设备使用的正向译码方式有所不同。值得注意的是，PCI总线并没有规定HOST主桥使用正向还是负向译码方式接收这个存储器读写总线事务，但是绝大多数HOST主桥使用正向译码方式接收来自下游的存储器读写总线事务。......
2023-10-20
PCI设备如何获取IRQ号|PCIExpress体系结构导读
【摘要】：在Linux系统中，PCI设备使用的irq号存放在pdev→irq参数中，该参数在Linux设备驱动程序进行初始化时，由pci_enable_device函数设置。本书在第12.3.2节曾简要介绍过这个函数，下文进一步说明如何使用该函数设置PCI设备的irq号。在acpi_prt_list链表中存放PCI总线的中断路由表，本章将在第15.1.2节进一步介绍该表。其中PCI设备使用低电平触发方式。值得注意的是，PCI设备的INTA#信号首先与LPC的PIRQA#信号相连，而PIRQA#信号再与I/O APIC1的IRQ_PIN16相连。
在Linux系统中，PCI设备使用的irq号存放在pdev→irq参数中，该参数在Linux设备驱动程序进行初始化时，由pci_enable_device函数设置。本书在第12.3.2节曾简要介绍过这个函数，下文进一步说明如何使用该函数设置PCI设备的irq号。pci_enable_device函数将依次调用__pci_enable_device_flags→do_pci_enable_device→pcibios_enable_device函数设置PCI设备使用的irq号。
pcibios_enable_device函数将调用pcibios_enable_irq函数，设置PCI设备使用的irq号。如果处理器系统使能了ACPI机制，pcibios_enable_irq函数将被赋值为acpi_pci_irq_enable。acpi_pci_irq_enable函数在./drivers/acpi/pci_irq.c文件中，其实现过程如源代码15-1所示。
源代码15-1 acpi_pci_irq_enable函数
该函数首先调用acpi_pci_irq_lookup→acpi_pci_irq_find_prt_entry函数，从acpi_prt_list链表中获得一个acpi_prt_entry结构的Entry。在acpi_prt_list链表中存放PCI总线的中断路由表，本章将在第15.1.2节进一步介绍该表。在这个Entry中，存放PCI设备使用的Segment、Bus、Device和Function号，PCI设备使用的中断请求信号（INTA#～INTD#）和GSI（Global System Interrupt）号。
这段程序在获得Entry后，将判断Entry→link是否为空，如果为空，表示当前x86处理器系统使用I/O APIC管理外部中断，而不是使用8259A。在Intel的ICH9中集成了两个中断控制器，一个是8259A，另一个是I/O APIC。Linux x86通过软件配置，决定究竟使用哪个中断控制器，在绝大多数情况下，Linux x86使用I/O APIC而不是8259A管理外部中断请求200。本章不再关心8259A中断控制器，因此也不再关心Entry→link不为空的处理情况[25]。
这段程序在获得GSI号之后，将调用acpi_register_gsi函数，将GSI号转换为系统软件使用的irq号。acpi_register_gsi函数使用三个入口参数，分别为GSI号，中断触发方式和采用电平触发时的极性。其中PCI设备使用低电平触发方式。
acpi_register_gsi函数执行完毕后，将为PCI设备分配一个irq号，这个irq号是系统软件使用的，之后PCI设备的驱动程序可以使用request_irq函数将中断服务例程与irq号建立映射关系；该函数还将设置I/O APIC的REDIR_TBL表，将GSI号与REDIR_TBL表中的中断向量建立对应关系，同时初始化与操作系统相关的irq结构[26]。为了深入理解acpi_register_gsi函数，读者需要理解GSI号、I/O APIC的REDIR_TBL表、IRQ_PIN引脚和Linux使用的irq号之间的对应关系。
GSI号是ACPI规范引入的，用于记录I/O APIC的IRQ_PIN引脚号的参数。如果x86处理器系统使用I/O APIC管理外部中断请求，而且在这个处理器系统中具有多个I/O APIC控制器，那么GSI号与I/O APIC中断引脚号的对应关系如图15-1所示。
图15-3 GSI和IO APIC中断引脚号的对应关系
假设在一个x86处理器系统中存在3个I/O APIC，其中有两个I/O APIC的外部中断引脚数为24根，另外一个I/O APIC的外部中断引脚数为16根。其中GSI号的0～23与I/O APIC1的IRQ_PIN0～23对应；GSI号的24～39与I/O APIC2的IRQ_PIN0～15对应；而GSI号的40～55与I/O APIC3的IRQ_PIN0～23对应。ACPI规范为统一起见使用GSI号描述外部设备与I/O APIC中断引脚的连接关系。
I/O APIC的IRQ_PIN引脚与外部设备的中断请求引脚相连，如I/O APIC1的IRQ_PIN16与某个PCI设备的INTA#相连。值得注意的是，PCI设备的INTA#信号首先与LPC的PIRQA#信号相连，而PIRQA#信号再与I/O APIC1的IRQ_PIN16相连。其中I/O APIC集成在ICH中，因此这些IRQ_PIN引脚并没有从ICH中引出。
REDIR_TBL表中存放对IRQ_PIN引脚的描述，一个I/O APIC具有多少个IRQ_PIN引脚，REDIR_TBL表就由多少项组成。该表的每一个Entry由多个字段组成，其中本节仅对这个Entry的Ve ctor字段感兴趣，Vector字段是这个Entry的第7～0位，存放对应IRQ_PIN引脚使用的中断向量。
在Linux系统中，与IRQ_PIN引脚对应的中断向量由acpi_register_gsi函数设置，当x86处理器系统使用I/O APIC管理外部中断时，acpi_register_gsi函数将调用mp_register_gsi函数。mp_register_gsi函数在./drivers/acpi/boot.c文件中定义，其实现机制如源代码15-2所示。我们假定在Linux系统中使能了CONFIG_X86_32选项。
源代码15-2 mp_register_gsi函数
这段程序首先根据GSI号，使用mp_find_ioapic和mp_find_ioapic_pin函数，确定当前PCI设备与I/O APIC中断控制器的哪个IRQ_PIN引脚相连（GSI号与I/O APIC和IRQ_PIN引脚的对应关系如图15-1所示）。(www.chuimin.cn)
然后mp_register_gsi函数调用io_apic_set_pci_routing函数设置I/O APIC中的寄存器。在Linux x86的源代码中，mp_register_gsi函数调用io_apic_set_pci_routing函数时，有一个并不恰当的处理，在mp_register_gsi函数中使用GSI号作为io_apic_set_pci_routing函数的第二个入口参数，但是io_apic_set_pci_routing函数要求的这个输入参数是irq号。
在Linux x86系统中，irq号是一个纯软件[27]概念，而这段代码的作用实际上是令GSI号直接等于irq号。笔者认为这种方法并不十分恰当，因为GSI号用来描述I/O APIC的IRQ_PIN输入引脚，而irq号是设备驱动程序用来挂接中断服务例程的。
本节在此强调这个问题，主要为了读者辨明GSI号和irq号的关系，目前在Linux x86系统中，PCI设备使用的GSI号与irq号采用了“直接相等”[28]的一一映射关系，实际上，GSI号并不等同于irq号。在系统软件的实现中，两者只要建立一一映射的对应关系即可，并不一定要“直接相等”。还有一点需要提醒读者注意，就是不同的PCI设备可以共享同一个GSI号，即共享I/O APIC的一个IRQ_PIN引脚，从而在Linux系统中共享同一个irq号。
io_apic_set_pci_routing函数调用__io_apic_set_pci_routing→setup_IO_APIC_irq操作I/O APIC中的寄存器。setup_IO_APIC_irq是一个重要函数，如源代码15-3所示。
源代码15-3 setup_IO_APIC_irq函数
该函数首先调用assign_irq_vector→_assign_irq_vector函数将外部设备使用的GSI号与I/O APIC中REDIR_TBL表建立联系，并将其结果记录到CPU的vector_irq表中。这个步骤非常重要，在Linux x86系统中，如果存在多个CPU，那么每一个CPU都有一个vector_irq表，这张表中包含了vector号与irq号的对应关系。这张表也是处理器硬件与系统软件联系的桥梁。
处理器硬件并不知道irq号的存在，而仅仅知道vector号，而Linux x86系统使用的是irq号。在处理外部中断请求时，Linux系统需要通过vector_irq表将vector号转换为irq号才能通过irq_desc表找到相关设备的中断服务例程。
setup_ioapic_entry函数将初始化entry参数。该参数是一个IO_APIC_route_entry类型的结构。而ioapic_register_intr函数调用set_irq_chip_and_handler_name函数设置irq_desc[irq]变量，并将这个变量的chip参数设置为ioapic_chip，handle_irq参数设置为handle_fasteoi_irq，这个步骤对于Linux x86中断处理系统非常重要。
ioapic_write_entry函数将保存在entry参数中的数据写入到与GSI号对应的REDIR_TBL表中，该函数将直接操作I/O APIC的寄存器。
由以上描述，我们可以发现当acpi_pci_irq_enable函数执行完毕后，Linux系统将GSI号与irq号建立映射关系，同时又将irq号与I/O APIC中的vector号进行映射，并将这个映射关系记录到vector_irq表中，这个映射表由操作系统使用。之后该程序还将初始化I/O APIC的REDIR_TBL表，将PCI设备使用的GSI号与I/O APIC的vector号联系在一起。
在x86处理器系统中，PCI设备的INTx引脚首先与LPC的PIRQA～H引脚直接相连，而LPC中的PIRQA～H引脚将与I/O APIC的IRQ_PIN16～23引脚相连。当PCI设备通过INTx引脚提交中断请求时，最终将传递到IRQ_PIN16～23引脚。而I/O APIC接收到这个中断请求后，将根据REDIR_TBL表与“IRQ_PIN16～23引脚”对应的Entry向Local APIC发送中断请求消息，处理器通过Local APIC收到这个中断请求后，将执行中断处理程序进一步处理这个来自PCI设备的中断请求。
Linux x86系统使用do_IRQ函数处理外部中断请求，该函数在./arch/x86/kernel/irq.c文件中，如源代码15-4所示。
源代码15-4 do_IRQ函数
do_IRQ函数首先获得vector号，这个vector号由I/O APIC传递给Local APIC，并与某个IRQ_PIN引脚对应，其描述在I/O APIC的REDIR_TBL表中。vector号是一个硬件概念，x86处理器系统在处理外部中断请求时，仅仅知道vector号的存在，而不知道irq号。
Linux x86系统通过vector_irq表，将vector号转换为irq号，之后执行handle_irq函数进一步处理这个中断请求。对于PCI设备，这个handle_irq函数将调用handle_fasteoi_irq函数，而handle_fasteoi_irq函数将最终执行PCI设备使用的中断服务例程。handle_fasteoi_irq函数的源代码在./kernel/irq/chip.c文件中，本节对该函数不做进一步分析。
在PCI设备的Linux驱动程序中，将使用request_irq函数将其中断服务例程挂接到系统中断服务处理程序中。
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