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路雷米的博客

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PCI中断请求的“同步处理”  

2016-01-24 11:14:59|  分类: PCI-PCIE |  标签: |举报 |字号 订阅

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在PCI总线中,INTx信号是一个异步信号。所谓异步是指INTx信号的传递并不与PCI总线的数据传送同步,即INTx信号的传递与PCI设备使用的CLK#信号无关。这个“异步”信号给系统软件的设计带来了一定的麻烦。
系统软件程序员需要注意“异步”这种事件,因为几乎所有“异步”事件都会带来系统的“同步”问题。以图1?1为例,当PCI设备11使用DMA写方式,将一组数据写入存储器时,该设备在最后一个数据离开PCI设备11的发送FIFO时,会认为DMA写操作已经完成。此时这个设备将通过INTx信号,通知处理器DMA写操作完成。
此时处理器(驱动程序的中断服务例程)需要注意,因为INTx信号是一个异步信号,当处理器收到INTx信号时,并不意味着PCI设备11已经将数据写入存储器中,因为PCI设备11的数据传递需要通过PCI桥1和HOST主桥,最终才能到达存储器控制器。
而INTx信号是“异步”发送给处理器的,PCI总线并不知道这个“异步”事件何时被处理。很有可能处理器已经接收到INTx信号,开始执行中断处理程序时,该PCI设备还没有完全将数据写入存储器。
因为“PCI设备向处理器提交中断请求”与“将数据写入存储器”分别使用了两个不同的路径,处理器系统无法保证哪个信息率先到达。从而在处理器系统中存在“中断同步”的问题,PCI总线提供了以下两种方法解决这个同步问题。
(1)      PCI设备保证在数据到达目的地之后,再提交中断请求。
显然这种方法不仅加大了硬件的开销,而且也不容易实现。如果PCI设备采用Posted写总线事务,PCI设备无法单纯通过硬件逻辑判断数据什么时候写入到存储器。此时为了保证数据到达目的地后,PCI设备才能提交中断请求,PCI设备需要使用“读刷新”的方法保证数据可以到达目的地,其方法如下。
PCI设备在提交中断请求之前,向DMA写的数据区域发出一个读请求,这个读请求总线事务将被PCI设备转换为读完成总线事务,当PCI设备收到这个读完成总线事务后,再向处理器提交中断请求。PCI总线的“序”机制保证这个存储器读请求,会将DMA数据最终写入存储器,有关PCI序的详细说明见第9.3节。
PCI总线规范要求HOST主桥和PCI桥必须保证这种读操作可以刷新写操作。但问题是,没有多少芯片设计者愿意提供这种机制,因为这将极大地增加他们的设计难度。除此之外,使用这种方法也将增加中断请求的延时。
(本文转自电子工程世界:http://www.eeworld.com.cn/qrs/2015/0817/article_24145_2.html)

中断服务例程在使用“PCI设备写入存储器”的这些数据之前,需要对这个PCI设备进行读操作。这个读操作也可以强制将数据最终写入存储器,实际上是将数据写到存储器控制器中。这种方法利用了PCI总线的传送序规则,这种方法与第1种方法基本相同,只是使用这种方法使用软件方式,而第1种方式使用硬件方式。第9.3节将详细介绍这个读操作如何将数据刷新到存储器中。
第2种方法也是绝大多数处理器系统采用的方法。程序员在书写中断服务例程时,往往都是先读取PCI设备的中断状态寄存器,判断中断产生原因之后,才对PCI设备写入的数据进行操作。这个读取中断状态寄存器的过程,一方面可以获得设备的中断状态,另一方面是保证DMA写的数据最终到达存储器。如果驱动程序不这样做,就可能产生数据完整性问题。产生这种数据完整性问题的原因是INTx这个异步信号。
这里也再次提醒系统程序员注意PCI总线的“异步”中断所带来的数据完整性问题。在一个操作系统中,即便中断处理程序没有首先读取PCI设备的寄存器,也多半不会出现问题,因为在操作系统中,一个PCI设备从提交中断到处理器开始执行设备的中断服务例程,所需要的时间较长,处理器系统基本上可以保证此时数据已经写入存储器。
但是如果系统程序员不这样做,这个驱动程序依然有Bug存在,尽管这个Bug因为各种机缘巧合,始终不能够暴露出来,而一旦这些Bug被暴露出来将难以定位。为此系统程序员务必要重视设计中出现的每一个实现细节,当然仅凭谨慎小心是远远不够的,因为重视细节的前提是充分理解这些细节。
(本文转自电子工程世界:http://www.eeworld.com.cn/qrs/2015/0817/article_24145_2.html)

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