学会Zynq(7)中断系统简介

本文简单介绍Zynq的中断系统和中断控制器。Zynq的PS部分基于ARM架构,使用了两个Cortex-A9处理器(CPU)以及GIC pl390中断控制器(单核Zynq则只有一个GIC)。GIC是通用中断控制器(Generic Interrupt Controller)的简称。双核的中断系统框图如下:

Zynq的中断结构与CPU密切相关,可以接受来自I/O外设和PL部分的中断。从上图我们可以看到中断主要分为私有外设中断PPI、软件生成中断SGI和共享外设中断SPI。

所有中断请求(PPI、SGI、SPI)都分配了唯一的ID号。控制器使用ID号执行仲裁,中断分发器有每个CPU中挂起的中断列表,它会选择中断优先级最高的中断,将其发送给CPU接口。中断优先级相同时先选择ID号小的中断。中断分发器会接收中断已被应答的信息,更改相应的中断状态。

如果中断和多个CPU有关,SGI和PPI分发器的寄存器会为每个CPU提供独立的副本,硬件上确保中断一次只能由一个CPU执行。只有应答了中断的CPU才能中止那个中断。

通用中断控制器
GIC用于管理从PS和PL发送到CPU的中断(见上图)。当CPU接口接受一个中断时,GIC对中断源做启用、禁用、屏蔽、设置优先级处理,并以可编程的方式将它们发送到选定的CPU。此外GIC还支持安全扩展,以实现安全感知(security-aware)系统。Zynq中的中断控制器基于ARM GIC v1.0版本。

GIC通过CPU专用总线来访问寄存器,实现快速读写响应,以避免临时阻塞等其它互联中的瓶颈。在将具有最高优先级的中断源分配给各CPU前,中断分发器先集中所有中断源。GIC确保针对多个CPU的中断一次只能由一个CPU执行。所有中断源都由唯一的中断ID号标识。每个中断源都有自己可配置的优先级和目标CPU列表。三种中断的中断源如下图:

三种中断
每个CPU都有一组私有外设中断,简称PPI,这些中断使用存储寄存器进行私有访问。PPI包括全局定时器、私有看门狗定时器、私有定时器和来自PL的FIQ/IRQ共五种外设,中断号为27-31,其中断敏感类型(Type)固定不可改变,见下表:

软件生成中断简称SGI,可以路由到一个或两个CPU。通过写入GIC中的寄存器来产生软件中断。每个CPU都可以产生16个软件中断,中断号为0-15。向ICDSGIR寄存器写入SGI中断号,并设置目标CPU,便可生成SGI中断。每个CPU都有自己的一组SGI寄存器。

共享外设中断简称SPI,由PS和PL中的各种I/O和内存控制器产生,共有60个左右。SPI可以被路由到一个或两个CPU。来自PS外设的SPI中断也可以路由到PL。中断控制器会管理这些中断的优先级和接收。中断号61-68和84-91的中断敏感类型可以改变,其余皆固定不变,见下表。

对于电平敏感类型的中断,中断请求源必须提供在中断被确认后将其清除掉的机制。对于上升沿敏感类型的中断,请求源必须提供足够宽的脉冲,让GIC能够捕获。比如来自PL的中断IRQF2P[n]中断便可配置为高电平敏感或上升沿敏感,使用时要注意。


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文章来源:FPGADesigner的博客
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