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:Original: Documentation/PCI/msi-howto.rst
:翻译:
司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>
:校译:
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MSI驱动指南
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:作者: Tom L Nguyen; Martine Silbermann; Matthew Wilcox
:版权: 2003, 2008 Intel Corporation
关于本指南
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本指南介绍了消息标记中断(MSI)的基本知识,使用MSI相对于传统中断机制的优势,如何
改变你的驱动程序以使用MSIMSI-X,以及在设备不支持MSI时可以尝试的一些基本诊断方法。
什么是MSI?
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信息信号中断是指从设备写到一个特殊的地址,导致CPU接收到一个中断。
MSI能力首次在PCI 2.2中规定,后来在PCI 3.0中得到增强,允许对每个中断进行单独屏蔽。
MSI-X功能也随着PCI 3.0被引入。它比MSI支持每个设备更多的中断,并允许独立配置中断。
设备可以同时支持MSIMSI-X,但一次只能启用一个。
为什么用MSI?
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有三个原因可以说明为什么使用MSI比传统的基于针脚的中断有优势。
基于针脚的PCI中断通常在几个设备之间共享。为了支持这一点,内核必须调用每个与中断相
关的中断处理程序,这导致了整个系统性能的降低。MSI从不共享,所以这个问题不会出现。
当一个设备将数据写入内存,然后引发一个基于引脚的中断时,有可能在所有的数据到达内存
之前,中断就已经到达了(这在PCI-PCI桥后面的设备中变得更有可能)。为了确保所有的数
据已经到达内存中,中断处理程序必须在引发中断的设备上读取一个寄存器。PCI事务排序规
则要求所有的数据在返回寄存器的值之前到达内存。使用MSI可以避免这个问题,因为中断产
生的写入不能通过数据写入,所以当中断发生时,驱动程序知道所有的数据已经到达内存中。
PCI设备每个功能只能支持一个基于引脚的中断。通常情况下,驱动程序必须查询设备以找出
发生了什么事件,这就减慢了对常见情况的中断处理。有了MSI,设备可以支持更多的中断,
允许每个中断被专门用于不同的目的。一种可能的设计是给不经常发生的情况(如错误)提供
自己的中断,这使得驱动程序可以更有效地处理正常的中断处理路径。其他可能的设计包括给
网卡的每个数据包队列或存储控制器的每个端口提供一个中断。
如何使用MSI
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PCI设备被初始化为使用基于引脚的中断。设备驱动程序必须将设备设置为使用MSIMSI-X
并非所有的机器都能正确地支持MSI,对于这些机器,下面描述的API将简单地失败,设备将
继续使用基于引脚的中断。
加入内核对MSI的支持
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为了支持MSIMSI-X,内核在构建时必须启用CONFIG_PCI_MSI选项。这个选项只在某些架
构上可用,而且它可能取决于其他一些选项的设置。例如,在x86上,你必须同时启用X86_UP_APIC
SMP,才能看到CONFIG_PCI_MSI选项。
使用MSI
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大部分沉重的工作是在PCI层为驱动程序完成的。驱动程序只需要请求PCI层为这个设备设置
MSI功能。
要自动使用MSIMSI-X中断向量,请使用以下函数::
int pci_alloc_irq_vectors(struct pci_dev *dev, unsigned int min_vecs,
unsigned int max_vecs, unsigned int flags);
它为一个PCI设备分配最多至max_vecs的中断向量。它返回分配的向量数量或一个负的错误。
如果设备对最小数量的向量有要求,驱动程序可以传递一个min_vecs参数,设置为这个限制,
如果PCI核不能满足最小数量的向量,将返回-ENOSPC
flags参数用来指定设备和驱动程序可以使用哪种类型的中断(PCI_IRQ_LEGACY, PCI_IRQ_MSI,
PCI_IRQ_MSIX)。一个方便的短语(PCI_IRQ_ALL_TYPES)也可以用来要求任何可能的中断类型。
如果PCI_IRQ_AFFINITY标志被设置,pci_alloc_irq_vectors()将把中断分散到可用的CPU上。
要获得传递给require_irq()和free_irq()的Linux IRQ号码和向量,请使用以下函数::
int pci_irq_vector(struct pci_dev *dev, unsigned int nr);
在删除设备之前,应使用以下功能释放任何已分配的资源::
void pci_free_irq_vectors(struct pci_dev *dev);
如果一个设备同时支持MSI-XMSI功能,这个API将优先使用MSI-X,而不是MSIMSI-X
12048之间的任何数量的中断。相比之下,MSI被限制为最多32个中断(而且必须是2的幂)。
此外,MSI中断向量必须连续分配,所以系统可能无法为MSI分配像MSI-X那样多的向量。在一
些平台上,MSI中断必须全部针对同一组CPU,而MSI-X中断可以全部针对不同的CPU
如果一个设备既不支持MSI-X,也不支持MSI,它就会退回到一个传统的IRQ向量。
MSIMSI-X中断的典型用法是分配尽可能多的向量,可能达到设备支持的极限。如果nvec大于
设备支持的数量,它将自动被限制在支持的限度内,所以没有必要事先查询支持的向量的数量。::
nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, nvec, PCI_IRQ_ALL_TYPES)
if (nvec < 0)
goto out_err;
如果一个驱动程序不能或不愿意处理可变数量的MSI中断,它可以要求一个特定数量的中断,将该
数量作为“min_vecs“和“max_vecs“参数传递给pci_alloc_irq_vectors()函数。::
ret = pci_alloc_irq_vectors(pdev, nvec, nvec, PCI_IRQ_ALL_TYPES);
if (ret < 0)
goto out_err;
上述请求类型的最臭名昭著的例子是为一个设备启用单一的MSI模式。它可以通过传递两个1作为
'min_vecs''max_vecs'来实现::
ret = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, 1, PCI_IRQ_ALL_TYPES);
if (ret < 0)
goto out_err;
一些设备可能不支持使用传统的线路中断,在这种情况下,驱动程序可以指定只接受MSIMSI-X。::
nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, nvec, PCI_IRQ_MSI | PCI_IRQ_MSIX);
if (nvec < 0)
goto out_err;
传统API
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以下用于启用和禁用MSIMSI-X中断的旧API不应该在新代码中使用::
pci_enable_msi() /* deprecated */
pci_disable_msi() /* deprecated */
pci_enable_msix_range() /* deprecated */
pci_enable_msix_exact() /* deprecated */
pci_disable_msix() /* deprecated */
此外,还有一些API来提供支持的MSIMSI-X向量的数量:pci_msi_vec_count()和
pci_msix_vec_count()。一般来说,应该避免使用这些方法,而是让pci_alloc_irq_vectors()
来限制向量的数量。如果你对向量的数量有合法的特殊用例,我们可能要重新审视这个决定,
并增加一个pci_nr_irq_vectors()助手,透明地处理MSIMSI-X
使用MSI时需要考虑的因素
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自旋锁
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大多数设备驱动程序都有一个每的自旋锁,在中断处理程序中被占用。对于基于引脚的中断
或单一的MSI,没有必要禁用中断(Linux保证同一中断不会被重新输入)。如果一个设备
使用多个中断,驱动程序必须在锁被持有的时候禁用中断。如果设备发出一个不同的中断,
驱动程序将死锁,试图递归地获取自旋锁。这种死锁可以通过使用spin_lock_irqsave()
spin_lock_irq()来避免,它们可以禁用本地中断并获取锁(见《不可靠的锁定指南》)。
如何判断一个设备上是否启用了MSI/MSI-X
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使用“lspci -v“(以root身份)可能会显示一些具有“MSI“、“Message Signalled Interrupts
或“MSI-X“功能的设备。这些功能中的每一个都有一个“启用“标志,后面是“+“(启用)
或“-“(禁用)。
MSI特性
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众所周知,一些PCI芯片组或设备不支持MSIPCI协议栈提供了三种禁用MSI的方法:
1. 全局的
2. 在一个特定的桥后面的所有设备上
3. 在单一设备上
全局禁用MSI
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一些主控芯片组根本无法正确支持MSI。如果我们幸运的话,制造商知道这一点,并在
ACPI FADT表中指明了它。在这种情况下,Linux会自动禁用MSI。有些板卡在表中没
有包括这一信息,因此我们必须自己检测它们。完整的列表可以在drivers/pci/quirks.c
中的quirk_disable_all_msi()函数附近找到。
如果你有一块有MSI问题的板子,你可以在内核命令行中传递pci=nomsi来禁用所有设
备上的MSI。你最好把问题报告给linux-pci@vger.kernel.org,包括完整的
lspci -v“,这样我们就可以把这些怪癖添加到内核中。
禁用桥下的MSI
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一些PCI桥接器不能在总线之间正确地路由MSI。在这种情况下,必须在桥接器后面的所
有设备上禁用MSI
一些桥接器允许你通过改变PCI配置空间的一些位来启用MSI(特别是Hypertransport
芯片组,如nVidia nForceServerworks HT2000)。与主机芯片组一样,Linux
多知道它们,如果可以的话,会自动启用MSI。如果你有一个Linux不知道的网桥,你可以
用你知道的任何方法在配置空间中启用MSI,然后通过以下方式在该网桥上启用MSI::
echo 1 > /sys/bus/pci/devices/$bridge/msi_bus
其中$bridge是你所启用的桥的PCI地址(例如0000:00:0e.0)。
要禁用MSI,请回显0而不是1。改变这个值应该谨慎进行,因为它可能会破坏这个桥下面所
有设备的中断处理。
同样,请通知 linux-pci@vger.kernel.org 任何需要特殊处理的桥。
在单一设备上关闭MSIs
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众所周知,有些设备的MSI实现是有问题的。通常情况下,这是在单个设备驱动程序中处理的,
但偶尔也有必要用一个古怪的方法来处理。一些驱动程序有一个选项可以禁用MSI的使用。虽然
这对驱动程序的作者来说是一个方便的变通办法,但这不是一个好的做法,不应该被模仿。
寻找设备上MSI被禁用的原因
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从以上三个部分,你可以看到有许多原因导致MSI没有在某个设备上被启用。你的第一步应该是
仔细检查你的dmesg以确定你的机器是否启用了MSI。你还应该检查你的.config以确定你已经
启用了CONFIG_PCI_MSI
然后,“lspci -t“给出一个设备上面的网列表。读取 ``/sys/bus/pci/devices/*/msi_bus``
将告诉你MSI是否被启用(1)或禁用(0)。如果在任何属于PCI根和设备之间的桥的msi_bus
文件中发现0,说明MSI被禁用。
也需要检查设备驱动程序,看它是否支持MSI。例如,它可能包含对带有PCI_IRQ_MSI或
PCI_IRQ_MSIX标志的pci_alloc_irq_vectors()的调用。