Linux操作系统启用MSI中断机制的方法

2023-10-20 理论教育版权反馈

【摘要】：如果pci_enable_msi_block函数通过了这些检查，将调用pci_msi_check_device函数，检查Linux系统是否能够使能PCI设备的MSI中断机制。这段代码置PCI设备的MSI Capability结构的Enable位为0，msi_capability_init函数需要对MSI Capability结构进行读写操作，因此需要暂时禁止当前设备使用MSI中断机制。在entry参数中存放该PCI设备使用的MSI中断机制的详细信息。源代码15-11 Linux x86使用的arch_setup_msi_irqs函数这段代码首先判断type是否为PCI_CAP_ID_MSI，而且nvec参数是否大于1，如果满足这两个条件，该函数将直接返回1。

如果PCI/PCIe设备需要使用MSI中断机制，将调用pci_enable_msi函数，在Linux2.6.31内核中，pci_enable_msi函数使用pci_enable_msi_block（pdev，1）实现。pci_enable_msi_block函数在./drivers/pci/msi.c文件中，如源代码15-8所示。pci_enable_msi_block函数具有两个入口参数，其中dev参数存放PCIe设备的pci_dev结构，而nvec参数为申请的irq号个数。

该函数返回值为0时，表示成功返回，此时该函数将更新pci_dev→irq参数，此时在Linux设备驱动程序中，可以使用的irq号在pci_dev→irq～pci_dev→irq+nvec-1之间；当函数返回值为负数时，表示出现错误；而为正数时，表示pci_enable_msi_block函数没有成功返回，返回值为该PCIe设备MSI Cabalibities结构的Multiple Message Capable字段。

源代码15-8 pci_enable_msi_block函数

这段代码首先检查PCI设备是否支持MSI中断机制，如果不支持将直接退出该函数。否则检查nvec参数和Multiple Message Capable字段的大小，如果nvec的值较大时，该函数直接使用Multiple Message Capable字段返回。

如果pci_enable_msi_block函数通过了这些检查，将调用pci_msi_check_device函数，检查Linux系统是否能够使能PCI设备的MSI中断机制。这个检查包含两方面内容，一方面是纯软件层面的，包括检查全局变量pci_msi_enable、pci_dev→no_msi参数等；一方面是硬件层面的检测，包括当前PCI设备的上游PCI桥是否支持MSI报文的转发，PCI设备是否具有Capabilities链表，是否具有MSI Capability结构。完成这些检查后，pci_enable_msi将进一步调用msi_capability_init函数，完成与MSI中断相关的设置，msi_capability_init函数的实现如源代码15-9～10所示。

源代码15-9 msi_capability_init函数片段1

msi_capability_init函数具有两个入口参数，在Linux 2.6.30内核中，该函数具有一个入口参数，仅能获得一个irq号。msi_capability_init函数参考了msix_capability_init函数的实现机制。这段代码置PCI设备的MSI Capability结构的Enable位为0，msi_capability_init函数需要对MSI Capability结构进行读写操作，因此需要暂时禁止当前设备使用MSI中断机制。

这段程序随后读取MSI Capabilty结构的Message Control字段，并暂时保存在control变量中，在control变量中存放PCIe设备使用的MSI Capability结构的格式，如图10-1所示，MSI Capability结构可以使用4种格式。

最后这段程序调用alloc_msi_entry函数分配一个msi_desc结构的entry参数，并将其初始化后，加入到pci_dev→msi_list链表中。在entry参数中存放该PCI设备使用的MSI中断机制的详细信息。

源代码15-10 msi_capability_init函数片段2

这段代码继续调用arch_setup_msi_irqs函数设置MSI Capability结构的其他字段，并设置entry结构的irq参数，arch_setup_msi_irqs函数的实现与体系结构相关，下文将分别介绍x86和PowerPC处理器的实现方式。

然后这段代码调用pci_intx_for_msi函数，关闭PCI设备配置空间Command寄存器的In-terrupt Disable位，因为该PCI设备将使用MSI中断机制，而不是传统的INTx中断机制；并调用msi_set_enable函数使能MSI Capability结构的Enable位；最后对pci_dev→msi_enabled位置1，并将pci_dev→irq参数赋值。(www.chuimin.cn)

1.Linux x86

Linux x86使用的arch_setup_msi_irqs函数在./arch/x86/kernel/apic/io_apic.c文件中，其实现如源代码15-1所示，本节并不关心intr_remapping_enabled参数为1的情况，该参数与IOMMU机制的IRQ Remapping相关。

源代码15-11 Linux x86使用的arch_setup_msi_irqs函数

这段代码首先判断type是否为PCI_CAP_ID_MSI，而且nvec参数是否大于1，如果满足这两个条件，该函数将直接返回1。通过这段代码可以发现，虽然在Linux 2.6.31内核中定义了一个新的pci_enable_msi_block函数，但是PCIe设备依然只能使用一个中断向量号。

这段程序随后调用create_irq_nr函数，分配PCI设备使用的irq号，并将其保存到irq变量中，之后调用setup_msi_irq函数初始化当前PCI设备的MSI Capability结构。setup_msi_irq函数是一个重要函数，其实现如源代码15-12所示。

源代码15-12 setup_msi_irq函数

这段代码首先调用msi_compose_msg函数，初始化msg结构的address_hi、address_lo和data参数，与MSI Capability结构的Message Upper Address、Message Address和Message Data字段对应。

对于x86处理器系统，Message Address字段的格式见图10-1，其中Destination ID字段与CPU的ACPI ID相关，Linux x86使用cpu_mask_to_apicid_and函数获得该字段的值；而Message Data字段的格式如图10-1所示，其Vector字段由assign_irq_vector函数设置，Trig-ger Mode字段为0x00表示使用边沿触发方式，而Delivery Mode字段为“Fixed Mode”或者“Lowest Priority”。值得注意的是，在Message Data字段中存放的是中断向量号（vector），是一个硬件的概念，而设备驱动程序中使用的irq号是一个软件关系，两者之间存在对应关系，但是并不等同。

set_irq_msi函数设置PCIe设备使用的irq_desc结构；而write_msi_msg函数将msg结构中的参数写入到PCIe设备的对应寄存器中；而set_irq_chip_and_handler_name函数设置MSI中断使用的中断处理程序。本节对这些函数不做进一步介绍。

2.PowerPC

Linux PowerPC使用的arch_setup_msi_irqs函数在./arch/powerpc/kernel/msi.c文件中，对于Freescale的PowerPC处理器，该函数等效与fsl_setup_msi_irqs。fsl_setup_msi_irqs函数的实现，如源代码15-13所示。

源代码15-13 fsl_setup_msi_irqs函数

该函数的实现机制与x86处理器类似，值得提醒读者注意的是在fsl_compose_msi_msg函数中msg→address_hi等于fsl_msi→msi_addr_lo，其值为MSIIR寄存器在PCI总线域的物理地址。在该函数中使用的address_hi、address_lo和data参数的详细描述见第10.2节。本节对此不一一叙述。目前在PowerPC处理器系统中，PCIe设备也只能使用一个中断向量号。

Linux操作系统启用MSI中断机制的方法

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