目錄1. MPSoC的中斷處理介紹

2. 擴展PL中斷

3. 擴展AXI Intc中斷

3.1. AXI Intc PL連接

3.2. AXI Intc Device Tree

3.3. AXI Intc外設的Device Tree

4. 擴展MIO中斷

4.1. GPIO中斷控制器

4.2. 外設使用GPIO中斷控制器5. 檢查Linux中斷信息

01

MPSoC的中斷處理介紹

MPSoC是帶ARM處理器和FPGA（PL）的SoC，包含4核A53及其常用外部模塊（PS）。A53（PS）使用Arm GIC-400，屬于GICv2架構。如果想了解GIC-400的具體細節，請參考文檔APU GIC： CoreLink GIC-400 Generic Interrupt Controller， DDI 0471B， r0p1。

MPSoC的A53（PS）的中斷細節，在Xilinx的UG1085的Table 13‐1： System Interrupts部分做了詳細介紹。

需要注意的是，UG1085的Table 13‐1描述的是芯片的內部連線，是硬件中斷號，和Linux Kernel使用的軟件中斷號（邏輯中斷號）有區別。有的SOC只有一個中斷控制器，有的SOC有多個串聯/并聯的中斷控制器。Linux Kernel為了各種處理復雜的中斷控制器設計，并給中斷提供統一的API，在內部使用統一編址的的軟件中斷號。同時，GIC的Linux Kernel驅動內部有一個表，用于轉換硬件中斷號和軟件中斷號。這樣的好處是，即使不同SoC系統里有不同的中斷控制器結構，驅動程序也可以忽略這些細節，使用統一的API，比如platform_get_irq，從Device Tree里獲取中斷號，并向Linux Kernel注冊驅動程序的中斷處理程序。另外，設備的Device Tree里的中斷號是局部的，在它所屬的中斷控制器里保持唯一即可。Linux Kernel使用的軟件中斷號，是整個Linux Kernel系統的，需要在Linux Kernel范圍內保持唯一。

更多信息可以參考Linux Kernel代碼，以及Linux kernel的中斷子系統之（二）：IRQ Domain介紹。

MPSoC的Device Tree的軟件中斷號，比UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號小32。這是因為A53內部的中斷號0-31是私有中斷。

以GEM0為例，UG1085的Table 13‐1提供的硬件中斷號是89，Device Tree里的設備號是0x39（57），驅動程序里使用platform_get_irq（pdev， 0）獲取軟件中斷號。

VCU TRD 2020.2基于zcu106_llp2_xv20的PetaLinux工程里的GEM0的中斷信息：

ethernet@ff0b0000 {

compatible = “cdns，zynqmp-gemcdns，gem”;

interrupt-parent = 《0x04》;

interrupts = 《0x00 0x39 0x04 0x00 0x39 0x04》;

};

UG1085的Table 13‐1里GEM0的硬件中斷號

UG1085的Table 35‐6： PS-PL Interrupts Summary，使用的是Device Tree里的軟件中斷號。

需要更多信息，可以參考MPSoC Device tree interrupt number for PL-PS interrupt， Zynq-7000 mapping irq number into device tree value。

02

擴展PL中斷

在FPGA（PL）部分，可以的擴展很多外部設備，比如串口、I2C、Can等。A53（PS）為PL的外部設備預留了16個中斷，相關描述如下。

PS-PL Interrupts

The interrupts from the processing system I/O peripherals （IOP） are routed to the PL. In the

other direction， the PL can asynchronously assert 16 interrupts to the PS. These interrupts

are assigned a priority level routed to interrupt controllers which aggregate and route them

to appropriate processor. Additionally， FIQ/IRQ interrupts are available which are routed

directly to the private peripheral interrupt unit of the interrupt controller. Table 35-6

summarizes the interrupts.

PL到A53（PS）的外部設備預留了16個中斷，在Table 13‐1有如下表述。

VCU TRD 2020.2設計里，使用了很多PL中斷。以Video Phy為例，在工程zcu106_llp2_xv20里，它連接到了PL中斷的第3位（從0開始計數），對應的硬件中斷號是124，減去32后是92（0x5c）。

在以zcu106_llp2_xv20為硬件工程編譯的PetaLinux工程里，Video Phy的中斷信息如下，確實是0x5c。

vid_phy_controller@a0130000 {

compatible = “xlnx，vid-phy-controller-2.2xlnx，vid-phy-controller-2.1”;

interrupt-names = “irq”;

interrupt-parent = 《0x04》;

interrupts = 《0x00 0x5c 0x04》;

};

03

擴展AXI Intc中斷

有時候，PL-PS的中斷還不夠用。這時可以使用Xilinx的axi_intc（AXI Interrupt controller）做擴展。Xilinx Wiki網站上的文章Cascade Interrupt Controller support in DTG有詳細描述。

總結起來，有下面三步。

3.1. AXI Intc PL連接

在PL設計里添加axi_intc（AXI Interrupt controller），把axi_intc的中斷輸出連接到GIC的PL中斷輸入，把其它外設的中斷輸出連接到axi_intc的中斷輸入。

3.2. AXI Intc Device Tree

然后在Device Tree里，聲明axi_intc的輸出在GIC的中斷號。

axi_interrupt-controller {

interrupt-parent = “gic”

interrupts = 《 0 89 1》;

}

3.3. AXI Intc外設的Device Tree

外設的Device Tree里，需要聲明interrupt-parent是axi_intc，并聲明它在axi_intc內部的中斷號。interrupt-parent后面的字符串，是Device Tree里axi_intc里的標號。如果有多個axi_intc，每個axi_intc的標號（Label）不一樣。每個外設的Device Tree里，需要指定自己對應的axi_intc的標號（Label）。

axi_gpio {

interrupt-parent = “axi_intc”;

interrupts = 《0 1》;

}

axi_intc的文檔，也可以參考 Xilinx Interrupt Controller 。

04

擴展MIO中斷

下面整合之前的文章，通過MIO接入外設中斷。

Zynq-7000和MPSoC有很多MIO管腳。如果外設有中斷，也可以通過MIO連接中斷。這時候，MIO作為GPIO控制器，加載GPIO驅動。下面的描述中，GPIO就是MIO對應的GPIO設備。

4.1. GPIO中斷控制器

按下列模式，在GPIO的設備樹里聲明為中斷控制器

&gpio0 {

#interrupt-cells = 《2》;

interrupt-controller;

};

GPIO的中斷說明，在Linux的文件

Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio-zynq.txt里。主要內容如下：

- interrupt-controller ： Marks the device node as an interrupt controller.

- #interrupt-cells ： Should be 2. The first cell is the GPIO number.

The second cell bits［3:0］ is used to specify trigger type and level flags：

1 = low-to-high edge triggered.

2 = high-to-low edge triggered.

4 = active high level-sensitive.

8 = active low level-sensitive.

4.2. 外設使用GPIO中斷控制器

外設的設備樹里，添加下列行，聲明gpio0為自己的中斷控制器，并聲明對應的MIO引腳和中斷內心。

touchscreen@0 {

interrupt-parent = 《&gpio0》;

interrupts = 《52 2》; /* MIO 52， falling edge */

};

05

檢查Linux中斷信息

Linux在/proc/interrupts文件里，提供了系統的中斷信息。使用命令“cat /proc/interrupts”，可以顯示軟件中斷號、中斷在各CPU發生的次數、中斷所屬中斷控制器名稱、硬件中斷號，驅動程序名稱。

讀“/proc/interrupts”的內容時，會調用kernelirqProc.c中的函數int show_interrupts（struct seq_file *p， void *v）。

下面是一個例子。

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/interrupts

CPU0 CPU1 CPU2 CPU3

3： 18945 9421 13324 23628 GICv2 30 Level arch_timer

6： 0 0 0 0 GICv2 67 Level zynqmp_ipi

12： 0 0 0 0 GICv2 155 Level axi-pmon， axi-pmon

13： 0 0 0 0 GICv2 156 Level zynqmp-dma

14： 0 0 0 0 GICv2 157 Level zynqmp-dma

15： 0 0 0 0 GICv2 158 Level zynqmp-dma

16： 0 0 0 0 GICv2 159 Level zynqmp-dma

17： 0 0 0 0 GICv2 160 Level zynqmp-dma

18： 0 0 0 0 GICv2 161 Level zynqmp-dma

19： 0 0 0 0 GICv2 162 Level zynqmp-dma

20： 0 0 0 0 GICv2 163 Level zynqmp-dma

21： 0 0 0 0 GICv2 164 Level Mali_GP_MMU， Mali_GP， Mali_PP0_MMU， Mali_PP0， Mali_PP1_MMU， Mali_PP1

22： 0 0 0 0 GICv2 109 Level zynqmp-dma

23： 0 0 0 0 GICv2 110 Level zynqmp-dma

24： 0 0 0 0 GICv2 111 Level zynqmp-dma

25： 0 0 0 0 GICv2 112 Level zynqmp-dma

26： 0 0 0 0 GICv2 113 Level zynqmp-dma

27： 0 0 0 0 GICv2 114 Level zynqmp-dma

28： 0 0 0 0 GICv2 115 Level zynqmp-dma

29： 0 0 0 0 GICv2 116 Level zynqmp-dma

31： 144 0 0 0 GICv2 95 Level eth0， eth0

33： 121 0 0 0 GICv2 49 Level cdns-i2c

34： 140 0 0 0 GICv2 50 Level cdns-i2c

35： 0 0 0 0 GICv2 42 Level ff960000.memory-controller

36： 0 0 0 0 GICv2 57 Level axi-pmon， axi-pmon

37： 43 0 0 0 GICv2 47 Level ff0f0000.spi

38： 0 0 0 0 GICv2 58 Level ffa60000.rtc

39： 0 0 0 0 GICv2 59 Level ffa60000.rtc

40： 0 0 0 0 GICv2 165 Level ahci-ceva［fd0c0000.ahci］

41： 232 0 0 0 GICv2 81 Level mmc0

42： 133 0 0 0 GICv2 53 Level xuartps

44： 0 0 0 0 GICv2 84 Edge ff150000.watchdog

45： 0 0 0 0 GICv2 88 Level ams-irq

46： 12 0 0 0 GICv2 154 Level fd4c0000.dma

47： 0 0 0 0 GICv2 151 Level fd4a0000.zynqmp-display

48： 0 0 0 0 GICv2 122 Level xilinx_framebuffer

49： 0 0 0 0 GICv2 141 Level xilinx_framebuffer

50： 0 0 0 0 GICv2 142 Level xilinx_framebuffer

51： 0 0 0 0 GICv2 143 Level xilinx_framebuffer

52： 0 0 0 0 GICv2 123 Level xilinx-hdmi-rx

53： 0 0 0 0 GICv2 121 Level xilinx_framebuffer

54： 1 0 0 42423 GICv2 125 Level xilinx-hdmitxss

55： 0 0 0 42426 GICv2 127 Level xlnx-mixer

56： 81 0 0 0 GICv2 126 Level a00d0000.i2c

57： 0 0 0 0 GICv2 139 Edge a00d1000.sync_ip

58： 4 0 0 0 GICv2 128 Level a0200000.al5e， a0220000.al5d

59： 16 0 0 0 GICv2 124 Level xilinx-vphy

60： 0 0 0 0 GICv2 97 Level xhci-hcd:usb1

IPI0： 2763 1869 2597 1312 Rescheduling interrupts

IPI1： 21 26 19 36 Function call interrupts

IPI2： 0 0 0 0 CPU stop interrupts

IPI3： 0 0 0 0 CPU stop （for crash dump） interrupts

IPI4： 0 0 0 0 Timer broadcast interrupts

IPI5： 0 0 0 0 IRQ work interrupts

IPI6： 0 0 0 0 CPU wake-up interrupts

從上面打印信息，也可以看到硬件中斷號、軟件中斷號（邏輯中斷號）不一樣。

目錄/proc/irq下面會為每個rq創建一個以irq編號為名字的子目錄。每個子目錄最重要的文件是smp_affinity。通過更改smp_affinity的值，可以更改處理中斷的CPU。比如下面缺省情況下，讀出來中斷59的smp_affinity是f，對應2進制1111，表示四個處理器都能處理中斷59。后來執行命令“echo 2 》 /proc/irq/59/smp_affinity”，把其改為2，就只有CPU-1能處理中斷59。

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# ls /proc/irq/48 -l

total 0

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:25 smp_affinity

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious

dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx_framebuffer

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# ls /proc/irq/59 -l

total 0

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 affinity_hint

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 effective_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 node

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity

-rw-r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 smp_affinity_list

-r--r--r-- 1 root root 0 Apr 28 06:54 spurious

dr-xr-xr-x 2 root root 0 Apr 28 06:54 xilinx-vphy

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

f

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# echo 2 》 /proc/irq/59/smp_affinity

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

2

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# echo 4 》 /proc/irq/59/smp_affinity

root@zcu106_vcu_llp2_nv16：~# cat /proc/irq/59/smp_affinity

4

Linux的中斷信息，可以參考問 Linux 中斷和smp_affinity， Linux 中斷和 IRQ 調節。

原文標題：【工程師分享】擴展MPSoC中斷

文章出處：【微信公眾號：FPGA開發圈】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq