KeyStone架構(gòu)的多核DSP中斷路由機制及其實現(xiàn)方法

沙海珍，魏利卓

(1.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065；2.中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所)

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沙海珍1，魏利卓2

(1.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065；2.中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所)

在KeyStone多核DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷的使用是不可或缺的一部分，處理中斷的能力也是衡量一個芯片性能的重要因素之一。本文以TI公司推出的高性能TMS320C6670四核DSP為基礎(chǔ)，講述了基于KeyStone架構(gòu)的多核DSP的中斷路由機制，并以TMS320C6670集成的SRIO高速接口的LSU中斷和DOORBELL中斷為例，通過調(diào)用TMS320C6670的SYS/BIOS提供的CSL庫函數(shù)，分別給出了兩者的實現(xiàn)方法。

DSP；中斷；TMS320C6670；SRIO

引 言

TI公司推出的TMS320C6670(以下簡稱C6670)四核DSP采用先進的KeyStone多內(nèi)核架構(gòu)，集成了HyperLink、PCIe、SRIO以及其他外設(shè)，可實現(xiàn)內(nèi)核與存儲器存取的直接通信，能夠充分發(fā)揮多內(nèi)核性能。它在電源方面采用TI Green Power技術(shù)，使其具有很好的電源效率。此外，C6670在計算方面采用定點+浮點架構(gòu)，支持將浮點算法方便地移植到多核平臺上[1]?；谝陨线@些優(yōu)點，C6670在數(shù)字控制領(lǐng)域已經(jīng)有著非常廣泛的應(yīng)用，成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可替代的高性能產(chǎn)品。

中斷處理是一個芯片必須具備的能力，尤其在DSP系統(tǒng)中是必不可少的重要環(huán)節(jié)，它對輸入輸出處理、多道程序和分時操作、實時處理和人機交互等方面都起著重要的作用。中斷由外設(shè)請求和CPU響應(yīng)兩個過程組成。首先，某一外設(shè)向CPU發(fā)出請求信號，請求CPU暫停當前程序而去處理中斷服務(wù)子程序ISR。其次，當CPU接收到這個請求信號后，便對當前執(zhí)行的主程序進行現(xiàn)場標記并暫停其運行，自動轉(zhuǎn)移到請求設(shè)備的中斷服務(wù)子程序中去。當中斷服務(wù)程序結(jié)束后，CPU就回到之前標記的主程序之處繼續(xù)執(zhí)行。

1 KeyStone多核DSP的中斷系統(tǒng)架構(gòu)

C6670的中斷控制系統(tǒng)由兩部分組成:芯片中斷處理控制器(Chip Interrupt Controller，CIC)和核中斷控制器(Interrupt Controller，INTC)，架構(gòu)圖略——編者注。外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷由CIC和INTC共同作用，以實現(xiàn)CPU響應(yīng)中斷的目的。其中，CIC位于內(nèi)核外部，主要負責將外部中斷映射到CorePac、EDMA和HyperLink內(nèi)部的主機中斷信號。CorePac中斷控制器則位于核內(nèi)部，負責將主機中斷信號轉(zhuǎn)為CPU可處理的12個可屏蔽中斷信號。

1.1 CorePac中斷路由

在C6670中，EDMA3控制器以及4個CorePac都可以直接接收中斷，但是無論是CorePac還是EDMA3控制器，其能直接接收的中斷輸入是有限的。KeyStone CorePac能夠直接接收的中斷輸入為1個可屏蔽的硬件Exception、12個可屏蔽的硬件Interrupt(INT4～INT15)、1個不可屏蔽的NMI信號以及1個復(fù)位信號[2]。Exception其實也為Interrupt，區(qū)別在于Exception常常伴隨的是錯誤信息的發(fā)生。其中Exception、NMI、Reset信號都是芯片保留的中斷輸入，用戶能夠自行配置的中斷輸入實際為12個(INT4～INT15)，在這12個可屏蔽中斷輸入中，INT4的優(yōu)先級最高，INT15的優(yōu)先級最低。

然而，作為一個復(fù)雜的DSP芯片，如果其能處理的中斷源僅為15個，是遠遠無法滿足復(fù)雜程序需求的。所以為了能夠處理更多的中斷源，KeyStone結(jié)構(gòu)的DSP CorePac內(nèi)部集成了一個中斷控制器INTC，其作用是將更多的中斷源(對于KeyStone架構(gòu)DSP來說，是128個System Event)路由到這12個可屏蔽中斷輸入中去。

CorePac中集成了Interrupt Selector，使得編程人員可以將這128個System Event中的任何一個路由到INT4～INT15中的任何一個，從而完成事件響應(yīng)。例如，C6670的第85號System Event為GPINT11事件，如果把第85號事件路由到CorePac的第7個可屏蔽中斷輸入(INT7)，那么當DSP的第11個GPIO引腳的事件發(fā)生以后，且當前沒有更高優(yōu)先級的中斷發(fā)生(比INT7更高優(yōu)先級的中斷)，則DSP的CorePac會跳轉(zhuǎn)到中斷向量表，進一步去執(zhí)行中斷處理函數(shù)。

CorePac的INTC中還集成了一個Event Combiner控制器，起到事件合成的作用。這128個System Event中的第4～127個System Event都是來自芯片內(nèi)部或者外部的Event，都是有實際物理意義的，而使用Event Combiner則可以將第4～31號System Event中的若干個合成為Event #0，或者將第32～63號System Event中的若干個合成為Event #1，或者將第64～95號System Event中的若干個合成為Event #2，或者將第96～127號System Event中的若干個合成為Event #3。如圖1所示，則等效的System Event有128個。

圖1 Event Combiner目的圖

對于合成的System Event，是“或”的關(guān)系。即如果使用了Event Combiner將第7、13、35號System Event合成為Event #0，那么只要7、13、35中的任何一個事件發(fā)生，就等效為Event #0事件發(fā)生。

整個CorePac中，128個System Event到12個可屏蔽中斷(INT4～INT15)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

圖2 INTC內(nèi)部中斷路由結(jié)構(gòu)圖

1.2 CIC中斷路由

KeyStone DSP核心CorePac能夠處理128個System Event(其中實際有直接物理意義的為124個，Event 0～3為合成的結(jié)果，共計128個)，絕大部分是芯片內(nèi)部DMA、QMSS等模塊產(chǎn)生的事件，這128個事件仍然無法滿足程序的需求。因為DSP芯片諸多外設(shè)產(chǎn)生的事件同樣需要得到及時地處理，比如SRIO、PCIE等外設(shè)，而每個外設(shè)產(chǎn)生的事件往往不止一個，比如SRIO事件也分為包發(fā)送成功事件、包發(fā)送失敗事件、Doorbell接收事件等。所以，如果希望在這些大量的外設(shè)事件發(fā)生后，CorePac能夠去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理函數(shù)，那么這些事件也是需要路由到CorePac的12個可屏蔽中斷輸入(INT4～INT15)中去的。但是，這些外設(shè)事件是不能夠像128個System Event那樣直接路由到INT4～INT15中去的[3]。而CIC在外設(shè)事件到CorePac之間的路由起到了橋梁的作用。需要注意的是，CIC/Cpintc不是CorePac的INTC，其是在CorePac外部的，CorePac的INTC是在CorePac內(nèi)部的。

由圖1可知，C6670內(nèi)部有3個CIC，即CIC0～CIC2。其中CIC0負責外設(shè)事件到CorePac的路由，CIC1～CIC2負責外設(shè)事件到EDMA3或者HyperLink控制器之間的路由。這里只討論CIC0的功能，而CIC1～CIC2的路由機制一致，與CIC0的區(qū)別僅僅為目的地不同。

CIC0的輸入稱為System Interrupt，輸出為CIC0_OUTx(稱為Host Interrupt)。CIC0能夠接收的System Interrupt有208個，CIC0的目的即為把這208個System Interrupt路由到其CIC0_OUTx去。如果若干個System Interrupt通過CIC0路由到了某一個Host Interrupt，那么這若干個System Interrupt為“或”的關(guān)系。而Host Interrupt與CorePac的 INTC的System Event是一一對應(yīng)的。例如，Host Interrupt中的CIC0_OUT0對應(yīng)的是System Event 56，或者CIC0_OUT(64+0+10×n)對應(yīng)的是System Event22，其中n為核號。

2 KeyStone DSP中斷路由路徑

總的來說，KeyStone DSP中斷路由路徑有兩種，如圖3所示。第一，System Event經(jīng)過Event Combiner后，再通過Interrupt Selector路由到INTCx，或者System Event不經(jīng)過Event Combiner，直接通過Interrupt Selector路由到INTCx。第二，System Interrupt經(jīng)過CIC0路由到某個Host Interrupt，而Host Interrupt是對應(yīng)到System Event的，之后再將該System Event經(jīng)過Event Combiner、Inter-

rupt Selector路由到INTCx，或者直接將該System Event經(jīng)過Interrupt Selector路由到INTCx。

Primary Interrput直接對應(yīng)于某個System Event。例如GPINT4對應(yīng)System Event #78，輸入CorePac INT。用戶可以選擇是否經(jīng)過Event Combiner，如果經(jīng)過Event Combiner，則合成為Event2，再經(jīng)過Interrupt Selector路由到INTCx；如果不經(jīng)過Event Combiner，則直接將System Event #78經(jīng)過Interrupt selector路由到INTCx。

Secondary Interrupt也稱為System Interrupt，先經(jīng)過CIC0路由到CIC0的某個輸出(Host Interrupt)，比如可以將CIC0的第122號輸入INTDST10，經(jīng)過CIC0路由到CIC0_OUT7。而每個Host Interrupt是直接對應(yīng)某個System Event的，例如CIC0_OUT7對應(yīng)的是System Event #63。如果經(jīng)過Event Combiner，則合成為Event1，再經(jīng)過Interrupt Selector路由到INTCx；如果不經(jīng)過Event Combiner，則直接將System Event #63路由到INTCx。

圖3 System Interrupt到INTCx的路由路徑

3 KeyStone DSP的SRIO中斷

SRIO模塊能夠輸出若干種不同的中斷，這些中斷屬于System Interrupt。如果當SRIO中斷到來后，想讓DSP及時地去處理相應(yīng)的中斷函數(shù)，則需要將該中斷經(jīng)過某個路徑路由到INTCx中去。

SRIO的主要中斷有兩種：一種為包發(fā)送中斷，該中斷可以通知DSP，SRIO模塊已經(jīng)發(fā)送了一個協(xié)議包；另一種為Doorbell中斷，為SRIO模塊接收遠程器件發(fā)送來的Doorbell包，并做相應(yīng)的處理。其中， SRIO模塊中的LSU寄存器負責的是DIO協(xié)議包的發(fā)送，則DIO協(xié)議包的發(fā)送中斷可以稱為LSU中斷[4]。無論是LSU中斷還是Doorbell中斷，都是SRIO內(nèi)部的Peripheral Interrupt，需要路由到System Interrupt。System Interrupt是從SRIO外設(shè)輸出到CIC0輸入端口的信號。

KeyStone DSP的SRIO模塊共有24個System Interrupt，稱為INTDST0～23。其中INTDST0～15為通用System Interrupt，可以連接LSU或者Doorbell Peripheral Interrupt，再輸入到CIC0；而INTDST16～INTDST23只連接Doorbell Peripheral Interrupt，且為System Event，是直接輸入到CorePac的。

3.1 SRIO LSU中斷路徑的實現(xiàn)

SRIO模塊內(nèi)部會產(chǎn)生40個LSU中斷，其中有32個中斷由寄存器LSU0_ICSR控制，另外8個由寄存器LSU1_ICSR控制。這里以寄存器LSU0_ICSR的最低位ICS0代表的SRCID0 Transaction Complete without errors中斷信號為例，說明LSU中斷路由的實現(xiàn)，路由路徑如圖4所示。首先將LSU產(chǎn)生的“SRCID0 Transaction Complete without errors”路由到INTDST1，然后將INTDST1對應(yīng)的中斷處理函數(shù)myDioTxCompletionIsr插入到CpIntc_dispatch表中，接著在CIC0內(nèi)部，將INTDST1路由到Host Interrupt #8，獲取Host Interrupt #8對應(yīng)的System Event ID，此處為74，將System Event #74經(jīng)過Event Combiner送入Interrupt Selector，并將CpIntc_dispatch

插入到EventCombiner_dispatch中去。在程序的SYS/BIOS cfg文件loopbackDioIsr.cfg中，定義了以下代碼：

ECM.eventGroupHwiNum[0] = 7;

ECM.eventGroupHwiNum[1] = 8;

ECM.eventGroupHwiNum[2] = 9;

ECM.eventGroupHwiNum[3] = 10;

即可將System Event #2路由到INTC9。

圖4 LSU中斷路由路徑

如此，則當“SRCID0 Transaction Complete without errors”發(fā)生時，CPU能夠響應(yīng)。首先去處理EventCombiner_dispatch表，而CpIntc_dispatch表已經(jīng)插入了Event Combiner_dispacth表，則接著去處理CpIntc_dispatch表。而中斷處理函數(shù)myDioTxCompletionIsr插入到了CpIntc_dispatch表，則myDioTxCompletionIsr就會被執(zhí)行。

3.2 SRIO Doorbell中斷路徑的實現(xiàn)

根據(jù)RapidIO協(xié)議可知，Doorbell包中攜帶16位的Doorbell Info。對于協(xié)議本身來說，這16位數(shù)據(jù)是沒有含義的，而對于KeyStone DSP來說，這16位的Doorbell Info即為Doorbell中斷源。

KeyStone DSP定義了Doorbell Info的第0～3位代表位信息，第5～6位代表Reg信息，其他位為保留位，無含義。例如，如果KeyStone DSP接收到的Doorbell中Info Field為0b 0000 0000 0100 1010，即表示Reg=2且Bit=10中斷，對應(yīng)的是Doorbell[2]_ICSR.ICS10標志位被置1。也就是說，如果Doorbell[n]_ICSR.ICSx位被硬件置1，則表明接收到的Doorbell Info[3:0]=x，doorbell Info[6:5]=n。KeyStone SRIO模塊能夠產(chǎn)生的Peripheral Interrupt共4×16=64種，每種對應(yīng)一個特定的Doorbell Info值。

如前所述，Peripheral Interrupt是需要路由到System Interrupt(INTDST0～INTDST23)上去的。而寄存器Doorbelln_ICRR和Doorbelln_ICRR2定義了Reg=n且Bit=x的Doorbell Info Peripheral Interrupt被路由到INTDSTy上去。

一旦能夠?qū)⒛硞€特定的Doorbell Info路由到某個INTDSTy上之后，剩下的步驟就是將INTDSTy再經(jīng)過某個路徑路由到INTCz上去，就能實現(xiàn)當DSP接收到該Doorbell Info時，中斷能夠被處理。

KeyStone SRIO模塊的Doorbell中斷的路由路徑有4種，分別為經(jīng)過CIC0和Event Combiner、經(jīng)過CIC0但不經(jīng)過Event Combiner、不經(jīng)過CIC0但經(jīng)過Event Combiner、不經(jīng)過CIC0和Event Combiner。

下面說明Doorbell不經(jīng)過CIC0和Event Combiner實現(xiàn)中斷的路由路徑，如圖5所示。

首先，將Reg=0且Bit=任意的Doorbell Info中斷路由到INTDST16。部分代碼如下：

CSL_SRIO_SetDoorbellRoute(hSrio, 0);

for (i = 0; i < 16; i++){

CSL_SRIO_RouteDoorbellInterrupts(hSrio, 0, i, 0);

CSL_SRIO_RouteDoorbellInterrupts(hSrio, 1, i, 1);

CSL_SRIO_RouteDoorbellInterrupts(hSrio, 2, i, 2);

CSL_SRIO_RouteDoorbellInterrupts(hSrio, 3, i, 3);

}

然后，直接將INTDST16對應(yīng)的System Event #20直接路由到INTC7上，關(guān)鍵代碼如下：

Hwi_Params hwiParams;

Hwi_Handle myHwi;

Error_Block eb;

Hwi_Params_init(&hwiParams);

Error_init(&eb);

hwiParams.arg = (UArg)hDrvManagedSrioDrv;

hwiParams.eventId = 20;

myHwi = Hwi_create(7, (CpIntc_FuncPtr)myDoorbellCompletionIsr, &hwiParams, &eb);

結(jié) 語

本文以四核DSP TMS320C6670為例，詳細地介紹了基于KeyStone架構(gòu)的多核DSP的中斷系統(tǒng)的組成、中斷的路由機制及其不同的實現(xiàn)方法，并簡要介紹了其高速串行接口SRIO的兩種中斷:LSU中斷和Doorbll中斷的路由路徑。本文軟件程序設(shè)計沒有采用直接對寄存器進行操作，而是借助SYS/BIOS平臺中硬件中斷Hwi的創(chuàng)建來進行中斷的實現(xiàn)，通過調(diào)用CSL的庫函數(shù)，省去了直接對寄存器操作的繁雜過程，在很大程度上提高了編碼的效率及正確性。

[1] 牛金海.TMS320C66x KeyStone架構(gòu)多核DSP入門與實例精解[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2014:58-62.

[2] Texas Instruments.TMS320C66x CorePac User's Guide,2013.

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[4] 吳文德.基于TI6678平臺的SYS/BIOS應(yīng)用技術(shù)研究[D].北京:中國科學(xué)院大學(xué),2015.

[5] Texas Instrument.Multicore Programming Guide Multicore Programming and Applications/DSP Systems,2012.

[6] Texas Instruments.TMS320C66x DSP CPU and Instruction Set Reference Guide,2010.

沙海珍(碩士研究生)，主要研究方向為寬帶無線移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；魏利卓(碩士研究生)，主要研究方向為嵌入式軟件開發(fā)。

圖8 文件上傳結(jié)果

結(jié) 語

參考文獻

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柯玉山(碩士研究生)，主要研究方向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；陳阿輝(碩士研究生)，主要研究方向為雷達測距系統(tǒng)；邱菁(碩士研究生)，主要研究方向為雷達測距算法。

(責任編輯：薛士然 收稿日期：2016-08-05)

Sha Haizhen1,Wei Lizhuo2

(1.Communication and Information Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China;2.China Institute of Electronic Information Industry Group Co.,Ltd.6)

In the system of KeyStone multi-core DSP’s application,the use of interrupts is an indispensable section,and the ability to handle the interrupt is an important factor of measuring the performance of a chip.In the paper,based on the TMS320C6670 with four cores, the routing path of interrupts on KeyStone multi-core DSP is introduced in detail.Taking the high-speed interface SRIO’s LSU interrupt and DOORBELL interrupt as the example,the realization methods are given respectively through calling CSL library functions provided by SYS/BIOS of TMS320C6670.

DSP;interrupt;TMS320C6670;SRIO

TP601

A

?士然

2016-08-09)