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引言
在上一篇文章中，我们详细解析了StarryOS RK3588系统的AArch64裸机启动流程和内存管理系统。本文将深入探讨另一个关键组件——GIC-500中断控制器及其在多核调度中的作用。
中断是现代计算机系统中至关重要的机制，它允许外设在需要CPU关注时主动通知CPU，而不是让CPU不断地轮询检查外设状态。对于一个复杂的SoC芯片如RK3588来说，高效的中断管理直接影响着系统的响应性和实时性。
GIC-500中断控制器架构
GIC-500简介
GIC-500（Generic Interrupt Controller v3）是ARM公司设计的新一代通用中断控制器，专为多核ARM处理器设计。在RK3588芯片中，GIC-500负责管理整个系统的中断分发和处理。
GIC-500的主要组成部分包括：
- GICD (Distributor) - 中断分发器，负责全局中断的管理和路由
- GICR (Redistributer) - 重定向器，每个CPU核心都有自己的GICR，负责该核心的私有中断处理
中断类型
GIC-500支持三种类型的中断：
- SGI (Software Generated Interrupt) - 软件生成中断，用于CPU核心间的通信
- PPI (Private Peripheral Interrupt) - 私有外设中断，每个核心独享的中断源
- SPI (Shared Peripheral Interrupt) - 共享外设中断，多个核心共享的中断源
GIC-500驱动实现
让我们来看看StarryOS中GIC-500驱动的核心实现：
/// GIC-500基地址 (RK3588特定)
pub const GIC_BASE: u64 = 0xfe600000;
/// GICD (Distributor)基地址
pub const GICD_BASE: u64 = GIC_BASE + 0x00000;
/// GICR (Redistributer)基地址
pub const GICR_BASE: u64 = GIC_BASE + 0x100000;
GICD负责管理SPI中断，而GICR则处理每个核心的SGI和PPI中断。这种分离的设计使得中断处理更加高效和灵活。
在初始化过程中，系统会分别初始化GICD和GICR：
/// 初始化GICD (Distributor)
pub fn init_gicd(&self) {
unsafe {
// 1. 禁用GICD
write_volatile((self.gicd_base + GICD_CTLR) as *mut u32, 0);
// 2. 获取中断数量
let typer = read_volatile((self.gicd_base + GICD_TYPER) as *const u32);
let num_interrupts = ((typer & 0x1F) + 1) * 32;
// 3. 禁用所有SPI (32-1019)
for i in (32..num_interrupts).step_by(32) {
write_volatile(
(self.gicd_base + GICD_ICENABLER + (i / 32) as u64 * 4) as *mut u32,
0xFFFFFFFF,
);
}
// ... 更多初始化代码
}
}
/// 初始化GICR (Redistributer) - 每个核心调用一次
pub fn init_gicr(&self, cpu_id: u32) {
unsafe {
// GICR基地址 = 基址 + (CPU_ID * 0x20000)
let gicr_cpu_base = self.gicr_base + (cpu_id as u64) * 0x20000;
// 1. 禁用所有SGI/PPI
write_volatile(
(gicr_cpu_base + GICR_SGI_ICENABLER0) as *mut u32,
0xFFFFFFFF,
);
// ... 更多初始化代码
}
}
多核调度机制
RK3588的CPU架构
RK3588采用了big.LITTLE架构，拥有两种不同性能的CPU核心：
- A76核心 (0-3): 高性能核心，适合计算密集型任务
- A55核心 (4-7): 低功耗核心，适合后台任务和轻量级处理
多核启动流程
在StarryOS中，多核启动通过SGI中断来实现。CPU 0作为主核心，在完成自身初始化后，会向其他核心发送SGI中断来唤醒它们：
/// 启动CPU核心
pub fn start_cpu(cpu_id: u32) {
if cpu_id >= 8 {
return;
}
// 获取CPU信息
let cpu_info = &CPU_INFO[cpu_id as usize];
cpu_info.set_state(CpuState::Starting);
// 通过发送SGI中断来唤醒目标CPU
// SGI15 用作CPU启动信号
unsafe {
use crate::hal::gic500::GIC;
let gic = GIC.lock();
gic.send_sgi(15, 1 << cpu_id); // 只给指定CPU发送
}
}
CPU间通信
CPU核心之间可以通过IPI (Inter-Processor Interrupt)进行通信：
/// 发送核心间中断 (IPI)
pub fn send_ipi(vector: u32, cpu_mask: u32) {
unsafe {
use crate::hal::gic500::GIC;
let gic = GIC.lock();
if vector < 16 {
gic.send_sgi(vector, cpu_mask);
}
}
}
异构调度器
为了充分利用RK3588的异构计算能力，StarryOS实现了专门的HMP (Heterogeneous Multi-Processing) 调度器：
任务亲和性提示
调度器支持三种任务亲和性提示：
/// 任务亲和性提示
#[repr(u32)]
#[derive(Debug, Clone, Copy)]
pub enum TaskHint {
/// 高性能计算任务 - 分配给A76核心
HighPerf = 0,
/// 低功耗任务 - 优先分配给A55核心
LowPower = 1,
/// NPU前后处理 - 强制A76核心
NpuPrePost = 2,
}
调度决策
调度器根据任务类型和系统负载做出调度决策：
/// 决策任务应该分配给哪个CPU
pub fn decide_cpu(&self, task: &Task) -> u32 {
match task.hint {
TaskHint::HighPerf | TaskHint::NpuPrePost => {
// 高性能任务: 强制分配给A76
let a76_idx = self.find_least_loaded_a76();
a76_idx // 返回0-3
}
TaskHint::LowPower => {
// 低功耗任务: 优先分配给A55
let avg_a55_load = self.get_a55_avg_load();
if avg_a55_load < self.config.a55_load_threshold {
// A55空闲, 优先使用
let a55_idx = self.find_least_loaded_a55();
4 + a55_idx // 返回4-7
} else {
// A55繁忙, 降级到A76
let a76_idx = self.find_least_loaded_a76();
a76_idx // 返回0-3
}
}
}
}
NPU协同调度
在AI推理场景中，NPU的使用需要与CPU任务协调配合：
/// NPU 任务类型
#[repr(u8)]
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq)]
pub enum NpuTaskType {
/// 预处理 (数据准备)
Preprocess = 0,
/// NPU 推理
Inference = 1,
/// 后处理 (结果处理)
Postprocess = 2,
}
NPU调度器能够根据不同任务类型做出最优的调度决策，确保整个推理流水线的高效运行。
总结
本文深入解析了StarryOS RK3588系统中的GIC-500中断控制器和多核调度机制。通过合理利用SGI中断实现多核启动和通信，结合异构调度器对不同类型任务的智能分配，系统能够充分发挥RK3588芯片的多核异构计算能力。
在下一文中，将探讨设备树解析和硬件抽象层的实现，这是连接硬件和软件的关键桥梁。
