baron · 3月24日 · 四川

40-armv8/armv9中断系列详解-中断示例展示(不含虚拟化部分)

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环境配置:
在linux/optee双系统环境下, linux系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=1, optee系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=0

说明:
group1是非安全中断、secure group1是安全中断

1、当cpu处于REE,来了一个非安全中断

当cpu处于normal侧时,来了一个非安全中断,根据SCR.NS=1/中断在group1组,cpu interface将会给cpu一个IRQ,(由于SCR.IRQ=0,IRQ将被routing到EL1),cpu跳转至linux的irq中断异常向量表, 处理完毕后再返回到normal(linux)侧.

2、当cpu处于TEE,来了一个安全中断

当cpu处于secure侧时,来了一个安全中断,根据SCR.NS=0/中断在secure group1组,cpu interface将会给cpu一个IRQ,(由于SCR.IRQ=0,IRQ将被routing到EL1),cpu跳转至optee的irq中断异常向量表, 处理完毕后再返回到secure(optee)侧.
在这里插入图片描述

3、当cpu处于TEE,来了一个非安全中断

当cpu处于secure侧时,来了一个非安全中断,根据SCR.NS=0/中断在group1组,cpu interface将会给cpu一个FIQ,(由于SCR.FIQ=0,FIQ将被routing到EL1),跳转至optee的fiq中断异常向量表,
再optee的fiq处理函数中,直接调用了smc跳转到ATF, ATF再切换至normal EL1(linux), 此时SCR.NS的状态发生变化,根据SCR.NS=1/中断在group1组,cpu interface会再给cpu发送一个IRQ异常,
cpu跳转至linux的irq中断异常向量表,处理完毕后,再依次返回到ATF---返回到optee
在这里插入图片描述

4、当cpu处于REE,来了一个安全中断

当cpu处于normal侧时,来了一个安全中断,根据SCR.NS=0/中断在group1组,cpu interface将会给cpu一个FIQ,(由于SCR.FIQ=1,FIQ将被routing到EL3),在EL3(ATF)中,判断该中断是需要optee来处理的,会切换到optee。
此时SCR.NS的状态发生变化,根据SCR.NS=0/中断在secure group1组,cpu interface会再给cpu发送一个IRQ异常,cpu跳转至optee的irq中断异常向量表, 处理完毕后再依次返回到ATF---返回到linux
在这里插入图片描述

5、当cpu处于ATF时,来了一个安全中断或非安全中断(G1NS、G1S)

当cpu处于EL3时,来得任何target到EL3的中断,都将被标记位FIQ
在这里插入图片描述
当cpu处于EL3时,配置SCR.XXX(XXX=EA或IRQ或FIQ)为0的中断不会被taken,配置SCR.XXX为1的中断将会直接target到EL3。
在这里插入图片描述
所以在 linux系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=1, optee系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=0的场景下,总结如下,当cpu运行在EL3时:

  • SCR_EL3为optee的cpu context时,来了一个G1S,中断将不会被taken
  • SCR_EL3为optee的cpu context时,来了一个G1NS,中断将不会被taken
  • SCR_EL3为linux的cpu context时,来了一个G1S,中断将会直接target到EL3
  • SCR_EL3为linux的cpu context时,来了一个G1NS,中断将不会被taken

6、当cpu处于EL3/EL2/EL1/EL0时,来了一个ATF(group0)中断(G0)

当cpu处于EL3/EL2/EL1/EL0时,来了一个G0中断,中断将被标记位FIQ

在这里插入图片描述
在 linux系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=1, optee系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=0的场景下,总结如下:

  • 当cpu正在Non-secure EL0/1/2运行时,来了G0中断,中断被标记为FIQ,直接target到EL3
  • 当cpu正在secure EL0/1/2运行时,来了G0中断,中断被标记为FIQ,中断target到了EL0/1/2,在该程序的fiq_offset会调用smc将cpu切回到EL3,到了EL3之后,中断不会被taken, 会继续返回到Non-secure EL0/1/2,然后cpu interface重新给core发送FIQ,接着又是直接target到EL3,EL3处理该中断。
  • 当cpu正在EL3时,来了一个G0中断,中断会被标记为FIQ,中断target到EL3。

7、思考-中断流程举例:在TEE侧时产生了FIQ,回到REE后为啥又产生了IRQ

在深入研读GICV3文档后,终于找到了答案。

首先我们了解下中断优先级,在CPU interfaces (ICC_*_ELn)寄存器的描述中:

• Provide general control and configuration to enable interrupt handling
• Acknowledge an interrupt
• Perform a priority drop and deactivation of interrupts
• Set an interrupt priority mask for the PE
• Define the preemption policy for the PE
• Determine the highest priority pending interrupt for the PE

也就是cpu interface掌管着中断优先级和将IRQ/FIQ发送给ARM Core.

我们以Level sensitive interrupts的中断为例,先不考虑active and pending的情况:CPU interface发送给Core后,中断状态变为pending,当Core acknowledge中断后(PE跳转到中断向量表), 中断状态变为active,当中断退出后,Cpu interface会再次将优先级最高的中断发送给Core,Core处理下一个中断。
在这里插入图片描述
我们再看下中断的退出流程( End of interrupt), 中断的退出有两种方式:
• Priority drop 将中断优先级降到中断产生之前的值
• Deactivation 将中断从active变成inactive -- ( 多数情况下,使用这个场景)

重点来了,在中断退出的时候,软件中一般会有Priority drop和Deactivation,既要么将中断优先级降低,要么将中断变为inactive,那么中断退出之后,cpu interface感知到的优先级最高的中断,就可能不会是此中断了,一切运行正常,符合业务.....

那么我们再看下上述的中断流程举例,在TEE中,cpu interface发了一个FIQ给Core,跳转到optee的FIQ向量表,在FIQ的处理流程中,软件几乎什么都没干,没有Priority drop和Deactivation, 那么当SMC切换到了EL3之后,又退回REE后,Cpu interface感知到上一个中断处理完成,会再次发送下一个优先级最高的中断,由于之前的中断号的优先级没变,此时基本上依然是最高的优先级。此时CPU interface会再次发送该中断给Core,由于SCR.NS发生了变化,此时Cpu interface发送给Core的就变成了IRQ...

7、思考-G1NS G1S G0都有可能产生target到EL3的FIQ,如何区分?

其实在我们的linux系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=1, optee系统的SCR.IRQ=0、SCR.FIQ=0的场景下,不考虑aarch32的情况,有两种情况会产生target到EL3的FIQ:

  • (1)cpu在EL0/1/2运行时,来了一个G0中断,最终CPU将会进入到EL3的向量表中的第三组向量表。

在这里插入图片描述

  • (2)ccpu在EL3运行时,来了一个G0中断,最终CPU将会进入到EL3的向量表中的第二组向量表
    不过很遗憾,ATF中的向量表中未实现第二组向量表。那么为什么不需要实现呢?
    在ATF/docs/firmware-design.md中找到了答案, 原来是在进入ATF之前,disable了所有的exception,ATF又没有修改PSTATE.DAIF,所有在ATF Runtime时 irq/fiq/serror/svnc都是disabled。所以异常向量表的第二行,也就用不着了。

    Required CPU state when calling bl31_entrypoint() during cold boot


    This function must only be called by the primary CPU.


    On entry to this function the calling primary CPU must be executing in AArch64
    EL3, little-endian data access, and all interrupt sources masked:

    • PSTATE.EL = 3
    • PSTATE.RW = 1
    • PSTATE.DAIF = 0xf
    • SCTLR_EL3.EE = 0
  • (3)cpu在normal EL0/1/2/3运行时(Linux侧的SCR_EL3.FIQ=1的情况下),来了一个G1S中断,CPU将会target到EL3的向量表中的第三组向量表。

那么在ATF中第三组向量表中的fiq_offset中,是如何区分上述(1)(3)中的场景呢,即如何区分该中断是给EL3 handler处理的,还是给optee的handler处理的? 此时1020-1023号中断发生了作用。
在这里插入图片描述
我们应该会用到1020,那么用在哪里的呢?请看上述汇编代码bl plat_ic_get_pending_interrupt_type的具体实现:

uint32_t plat_ic_get_pending_interrupt_type(void)
{
    unsigned int irqnr;

    assert(IS_IN_EL3());
    irqnr = gicv3_get_pending_interrupt_type();

    switch (irqnr) {
    case PENDING_G1S_INTID:
        return INTR_TYPE_S_EL1;
    case PENDING_G1NS_INTID:
        return INTR_TYPE_NS;
    case GIC_SPURIOUS_INTERRUPT:
        return INTR_TYPE_INVAL;
    default:
        return INTR_TYPE_EL3;
    }
}

其实就是在读取pending的中断号,看看有没有1020或1021,从而获得此次的中断是从secure或non-secure过来的,还是在EL3产生的。然后走相应的逻辑。


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