以下文章來源于Arm精選 ，作者baron

說明：

在默認情況下，本文講述的都是ARMV8-aarch64架構，gicv3, linux kernel 5.14

思考：你是否想過這樣的一個場景：當一個中斷正在處理事務時，又來了一個高優(yōu)先級中斷把它搶占了?也就是所謂著中斷嵌套。很多人可能都會說“這種場景當然存在了”，但現(xiàn)實中真的存在嗎?不要被網(wǎng)上的博客或書上的一些章節(jié)所誤導，今天我們拋開事務看本質，從以下方面著手進行討論：

ARM CORE支持中斷嵌套嗎

GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?

Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒有使用中斷嵌套?

在介紹之前，我們先記下幾個共識(也就是常識，本文不做重復介紹的)：

FIQ和IRQ具有同樣的優(yōu)先級，F(xiàn)IQ只是一種中斷類型，并非所謂著快速中斷。

1、ARM CORE支持中斷嵌套嗎?

首先來看ARM CORE支持中斷嵌套嗎?答案 支持! 但是是有一個前提，在進入中斷處理時，PSTATE的I、F、A等比特位是MASK的，軟件中需要主動unmask后，那么就可以中斷嵌套了。如下圖所示，正是ARM Core支持中斷嵌套的一個示例(或者叫模型)：

2、GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?

繼續(xù)看GIC中斷控制器支持中斷嵌套嗎?答案 支持中斷搶占，支持中斷嵌套!。

2.1、先介紹以下優(yōu)先級和搶占的概念

每個 INTID(中斷號) 都有一個優(yōu)先級(用寄存器GICD_IPRIORITYn 或 GICR_IPRIORITYn 表示)，它是一個 8 位無符號值。0x00 是可能的最高優(yōu)先級，0xFF 是可能的最低優(yōu)先級

每個 PE 在其 CPU interface中都有一個優(yōu)先級掩碼寄存器 (ICC_PMR_EL1)。該寄存器設置將中斷轉發(fā)到該 PE 所需的最低優(yōu)先級。只有優(yōu)先級高于寄存器值的中斷才會發(fā)送給 PE

GICv3 架構具有 運行優(yōu)先級的概念。當 PE 響應中斷時，它的運行優(yōu)先級變?yōu)樵撝袛嗟膬?yōu)先級。當 PE 寫入 EOI 寄存器之一時，運行優(yōu)先級將返回其先前值。如果 PE 尚未處理中斷，則運行優(yōu)先級為空閑優(yōu)先級 (0xFF)。只有優(yōu)先級高于運行優(yōu)先級的中斷才能搶占當前中斷

2.2、Without preemption ：即關閉搶占，disable running priority

在Without preemption的情況下，高優(yōu)先級的中斷無法搶占正在active的中斷，只能等active的中斷執(zhí)行完了、返回了，高優(yōu)先級的中斷才能發(fā)生"搶占"(這里還說搶占，合適嗎?此種情況應屬于搶占pendding中斷)。如下圖所示，便是一個示例：

高優(yōu)先級的中斷 無法搶占active的中斷

等待active的中斷執(zhí)行完畢返回了，高優(yōu)先級的中斷才能發(fā)生搶占(也就是搶占pendding中斷)

雖然你關閉了搶占，但優(yōu)先級仍然存在，仍然會發(fā)生作用

搶占正在pendding中斷的示例， 這種情況下，一個高優(yōu)先級的中斷可以搶占一個低優(yōu)先級的pendding中斷，并非搶占正在執(zhí)行的中斷，搶占后高優(yōu)先級的中斷變成pendding。而我們大多數(shù)人所說的中斷嵌套是指，一個中斷正在執(zhí)行時，被另外一個中斷給搶占了。

當 CPU interface上的一個低優(yōu)先級中斷處于pendding狀態(tài)時，更高優(yōu)先級的中斷也可能會變?yōu)閜endding狀態(tài)。Redistributor 可以為新的更高優(yōu)先級中斷發(fā)送 Set 命令。此 Set 命令將取代之前的 Set 命令，導致 CPU interface為較低優(yōu)先級的中斷發(fā)出 Release。下圖顯示了此類場景的示例。該示例假設 INTID Y 的優(yōu)先級高于 INTID X。

2.3、With preemption

接下來就看 搶占正在active中斷的示例，描述的其實就是：一個中斷正在執(zhí)行，然后另一個更高優(yōu)先級的中斷打斷了它, 這也就是正是我們所說的中斷嵌套。

在考慮搶占時，運行優(yōu)先級的概念很重要。當一個高優(yōu)先級中斷被發(fā)送給一個已經在處理一個低優(yōu)先級中斷的 PE 時，就會發(fā)生搶占。 搶占為軟件帶來了一些額外的復雜性，但它可以防止低優(yōu)先級中斷阻塞更高優(yōu)先級中斷的處理。

2.4、那么對于一個gicv3的IP，優(yōu)先級肯定是有的，它到底是Without preemption 還是With preemption呢?如何配置的呢?

請查略ICC_BPRn_EL1寄存器，該寄存器定義優(yōu)先級值字段分成兩部分的點，即組優(yōu)先級字段和子優(yōu)先級字段。組優(yōu)先級字段確定組 1 中斷搶占。 換句白話來解釋就是，中斷優(yōu)先級被分成了兩部分，如下圖所示，ICC_BPRn_EL1寄存器的BIT[2:0]定義了下圖中的N的值

對于搶占，僅考慮Group優(yōu)先級位。Subpriority優(yōu)先級位被忽略. 然后舉一個例子：

INTID A has priority 0x10

INTID B has priority 0x20

INTID C has priority 0x21

如上有三個中斷，A可以搶占B，但B不可以搶占C，因為B和C的Group priority是一樣的

3、 Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒有使用中斷嵌套?

繼續(xù)看Linux Kernel操作系統(tǒng)有沒有使用中斷嵌套?答案 沒有使用!

首先查看ICC_BPRn_EL1寄存器的配置：

寫入的是0，也就是意味著，N=0, 即下圖的第一行，也就是說搶占是開啟的。

繼續(xù)看，針對每一個 INTID(中斷號) 的priority的配置，如下所示，在gic初始化階段，給每一個 INTID(中斷號) 都配置成了一樣的優(yōu)先級，值位0XA5。也就是所有中斷的優(yōu)先級都是一樣的。

事實上，在gicv3代碼中，提供了一個接口，可以單獨針對某一中斷設置優(yōu)先級。

查略該函數(shù)用途，僅僅是為NMI中斷設置的(注：Linux Kernel中armv8體系目前還沒有該中斷，ARMV9新增了一類NMI中斷)，其值為0Xa5 & 0x7f = 0x25，該值小于0XA0，所有該優(yōu)先級大于其它中斷的優(yōu)先級。