GIC（Generic Interrupt Controller）是ARM公司提供的一个通用的中断控制器，其architecture specification目前有四个版本，V1～V4(V2最多支持8个ARM core，V3/V4支持更多的ARM core，主要用于ARM64服务器系统结构）。目前在ARM官方网站只能下载到Version 2的GIC architecture specification，因此，本文主要描述符合V2规范的GIC硬件及其驱动。
具体GIC硬件的实现形态有两种，一种是在ARM vensor研发自己的SOC的时候，会向ARM公司购买GIC的IP，这些IP包括的型号有：PL390，GIC-400，GIC-500。其中GIC-500最多支持128个 cpu core，它要求ARM core必须是ARMV8指令集的（例如Cortex-A57），符合GIC architecture specification version 3。另外一种形态是ARM vensor直接购买ARM公司的Cortex A9或者A15的IP，Cortex A9或者A15中会包括了GIC的实现，当然，这些实现也是符合GIC V2的规格。
SGI：软件触发中断(Software Generated Interrupt)，通常用于多核间通讯，最多支持16个SGI中断，硬件中断号从ID0~ID15。SGI通常在Linux内核中被用作 IPI 中断(inter-processor interrupts)，并会送达到系统指定的CPU上。
PPI：私有外设中断(Private Peripheral Interrupt)，是每个CPU私有的中断。最多支持16个PPI中断，硬件中断号从ID16~ID31。PPI通常会送达到指定的CPU上，应用场景有CPU本地时钟。
SPI：公用外设中断(Shared Peripheral Interrupt)，最多可以支持988个外设中断，硬件中断号从ID32~ID1019。
GIC主要由两部分组成，分别是仲裁单元(Distributor)和CPU接口(Interface)模块
从图中可以看出， GIC 可以清晰的划分成两个部分：仲裁( Distributor )和 CPU 接口(CPU Interface)。CPU interface有两种，一种就是和普通processor接口，另外一种是和虚拟机接口的。Virtual CPU interface在本文中不会详细描述。分发器其实应该叫汇聚器，在 IC 的后端设计中， layout 会把各个模块引过来的中断线（就是上面说的三种中断）混接到 GIC 上，然后把混聚合的中断接到 CPU 的 IRQ 和 FIQ 线上，这样 CPU 就有触觉了。
其中 Distribute 只有一套，故基地址也只有一个，而 Interface 有多套，因为每个 CPU 都对应一套 interface 。
其中各个子中断使能，设置触发方式，优先级排序，分发到哪个 CPU 上这些功能由 Distribute 负责，总的中断的使能，状态的维护由 Interface 负责。
Distributor
Distributor的主要的作用是检测各个interrupt source的状态，控制各个interrupt source的行为，分发各个interrupt source产生的中断事件分发到指定的一个或者多个CPU interface上。虽然Distributor可以管理多个interrupt source，但是它总是把优先级最高的那个interrupt请求送往CPU interface。Distributor对中断的控制包括：
（1）中断enable或者disable的控制。Distributor对中断的控制分成两个级别。一个是全局中断的控制（GIC_DIST_CTRL）。一旦disable了全局的中断，那么任何的interrupt source产生的interrupt event都不会被传递到CPU interface。另外一个级别是对针对各个interrupt source进行控制（GIC_DIST_ENABLE_CLEAR），disable某一个interrupt source会导致该interrupt event不会分发到CPU interface，但不影响其他interrupt source产生interrupt event的分发。
（2）控制将当前优先级最高的中断事件分发到一个或者一组CPU interface。当一个中断事件分发到多个CPU interface的时候，GIC的内部逻辑应该保证只assert 一个CPU。
（3）优先级控制。
（4）interrupt属性设定。例如是level-sensitive还是edge-triggered
（5）interrupt group的设定
Distributor可以管理若干个interrupt source，这些interrupt source用ID来标识，我们称之interrupt ID。
CPU interface
CPU interface这个block主要用于和process进行接口。该block的主要功能包括：
（a）enable或者disable CPU interface向连接的CPU assert中断事件。对于ARM，CPU interface block和CPU之间的中断信号线是nIRQCPU和nFIQCPU。如果disable了中断，那么即便是Distributor分发了一个中断事件到CPU interface，但是也不会assert指定的nIRQ或者nFIQ通知processor。
（b）ackowledging中断。processor会向CPU interface block应答中断，中断一旦被应答，Distributor就会把该中断的状态从pending状态修改成active。如果没有后续pending的中断，那么CPU interface就会deassert nIRQCPU和nFIQCPU信号线。如果在这个过程中又产生了新的中断，那么Distributor就会把该中断的状态从pending状态修改成pending and active。这时候，CPU interface仍然会保持nIRQ或者nFIQ信号的asserted状态，也就是向processor signal下一个中断。
（c）中断处理完毕的通知。当interrupt handler处理完了一个中断的时候，会向写CPU interface的寄存器从而通知GIC CPU已经处理完该中断。做这个动作一方面是通知Distributor将中断状态修改为deactive，另外一方面，可以允许其他的pending的interrupt向CPU interface提交。
（d）设定priority mask。通过priority mask，可以mask掉一些优先级比较低的中断，这些中断不会通知到CPU。
（e）设定preemption的策略
（f）在多个中断事件同时到来的时候，选择一个优先级最高的通知processor
GIC仲裁单元：为每一个中断维护一个状态机，分别是：inactive、pending、active and pending、active。
下面是来自IHI0048B GIC-V2规格书3.2.4 Interrupt handling state machine截图：
GIC检测中断流程如下：
(1) 当GIC检测到一个中断发生时，会将该中断标记为pending状态(A1)。
(2) 对处于pending状态的中断，仲裁单元回确定目标CPU，将中断请求发送到这个CPU上。
(3) 对于每个CPU，仲裁单元会从众多pending状态的中断中选择一个优先级最高的中断，发送到目标CPU的CPU Interface模块上。
(4) CPU Interface会决定这个中断是否可以发送给CPU。如果该终端优先级满足要求，GIC会发生一个中断信号给该CPU。
(5) 当一个CPU进入中断异常后，会去读取GICC_IAR寄存器来响应该中断(一般是Linux内核的中断处理程序来读寄存器)。寄存器会返回硬件中断号(hardware interrupt ID)，对于SGI中断来说是返回源CPU的ID。
当GIC感知到软件读取了该寄存器后，又分为如下情况：
* 如果该中断源是pending状态，那么转改将变成active。(C)
* 如果该中断又重新产生，那么pending状态变成active and pending。(D)
* 如果该中断是active状态，现在变成active and pending。(A2)
(6) 当处理器完成中断服务，必须发送一个完成信号EOI(End Of Interrupt)给GIC控制器。软件写GICC_EOIR寄存器，状态变成inactive。(E1)
补充：
(7) 对于level triggered类型中断来说，当触发电平消失，状态从active and pending变成active。(B2)
常用路径是A1->D->B2->E1。
GIC中断控制器支持中断优先级抢占，一个高优先级中断可以抢占一个低优先级且处于active状态的中断，即GIC仲裁单元会记录和比较当前优先级最高的pending状态，然后去抢占当前中断，并且发送这个最高优先级的中断请求给CPU，CPU应答了高优先级中断，暂停低优先级中断服务，进而去处理高优先级中断。
GIC会将pending状态优先级最高的中断请求发送给CPU。
从GIC角度看，GIC会发送高优先级中断请求给CPU。
但是目前CPU处于关中断状态，需要等低优先级中断处理完毕，直到发送EOI给GIC。
然后CPU才会响应pending状态中优先级最高的中断进行处理。
所以Linux下：
1. 高优先级中断无法抢占正在执行的低优先级中断。
2.同处于pending状态的中断，优先响应高优先级中断进行处理。
首先给出前提条件：
N和M用来标识两个外设中断，N的优先级大于M两个中断都是SPI类型，level trigger，active-high两个中断被配置为去同一个CPU都被配置成 group 0，通过FIQ触发中断(1) T1时刻：GIC的总裁单元检测到中断M的电平变化。
(2) T2时刻：仲裁单元设置中断M的状态为pending。
(3) T17时刻：CPU Interface模块会拉低nFIQCPU[n]信号。在中断M的状态变成pending后，大概需要15个时钟周期后会拉低nFIQCPU[n]信号来向CPU报告中断请求(assertion)。仲裁单元需要这些时间来计算哪个是pending状态下优先级最高的中断。
(4) T42时刻：仲裁单元检测到另外一个优先级更高的中断N。
(5) T43时刻：仲裁单元用中断N替换中断M为当前pending状态下优先级最高的中断，并设置中断N为pending状态。
(6) T58时刻：经过tph个时钟后，CPU Interface拉低你FIOCPU[n]信号来通知CPU。因为此信号在T17时刻已经被拉低，CPU Interface模块会更新GICC_IAR寄存器的Interrupt ID域，该域的值变成中断N的硬件中断号。
(7) T61~T131时刻：Linux对中断N的服务程序---------------------中断服务程序处理段，从GICC_IAR开始到GICC_EOIR结束。
T61时刻：CPU(Linux中断服务例程)读取GICC_IAR寄存器，即软件响应了中断N。这时仲裁单元把中断N的状态从pending变成active and pending。 T64时刻：在中断N被Linux相应3个时钟内，CPU Interface模块完成对nFIQCPU[n]信号的deasserts，即拉高nFIQCPU[n]信号。 T126时刻：外设也deassert了该中断N。 T128时刻：仲裁单元移出了中断N的pending状态。 T131时刻：Linux服务程序把中断N的硬件ID号写入GICC_EOIR寄存器来完成中断N的全部处理过程。(8) T146时刻：在向GICC_EOIR寄存器写入中断N中断号后的tph个时钟后，仲裁单元会选择下一个最高优先级中断，即中断M，发送中断请求给CPU Interface模块。CPU Interface会拉低nFIQCPU[n]信号来向CPU报告外设M的中断请求。
(9) T211时刻：Linux中断服务程序读取GICC_IAR寄存器来响应中断，仲裁单元设置中断M的状态为active and pending。
(10) T214时刻：在CPU响应中断后的3个时钟内，CPU Interface模块拉高nFIOCPU[n]信号来完成deassert动作。
一种实现是：
偏移
名称
可读写
复位后
作用
0x000
GICD_CTLR
RW
0x00000000[c]
Distributor Control Register
写入1使能控制器，必备
0x004
GICD_TYPER
RO
Configuration-dependent[d]
Interrupt Controller Type Register
其中可以查看中断线的总数
0x008
GICD_IIDR
RO
0x0200143B
Distributor Implementer Identification Register, GICD_IIDR
存了一些版本信息
0x080-0x0BC
GICD_IGROUPRn
RW
0x00000000
Interrupt Group Registers[e]
一个位图，控制中断属于A组还是B组
0x100
GICD_ISENABLERn
RW[f]
SGIs and PPIs:0x0000FFFF
Interrupt Set-Enable Registers
一个位图，用于使能各个中断，写入1使能。有用
0x104-0x13C
SPIs: 0x00000000
0x180
GICD_ICENABLERn
RW[f]
0x0000FFFF
Interrupt Clear-Enable Registers
和上一个寄存器类似，作用相反，写入1禁止。
0x184-0x1BC
0x00000000
0x200-0x23C
GICD_ISPENDRn
RW
0x00000000
Interrupt Set-Pending Registers
pend位图，写入1可以进入pend状态
0x280-0x2BC
GICD_ICPENDRn
RW
0x00000000
Interrupt Clear-Pending Registers
同上，写入1效果相反，阻止pend状态
0x300-0x33C
GICD_ISACTIVERn
RW
0x00000000
Interrupt Set-Active Registers
位图，写入1可以激活中断
0x380-0x3BCGICD_ICACTIVERn
RW
0x00000000
Interrupt Clear-Active Registers
写入1反激活中断
0x400-0x5FC
GICD_IPRIORITYRn
RW0x00000000
Interrupt Priority Registers
存着各个中断的优先级，每8位算一个
0x800-0x81C
GICD_ITARGETSRn
RO[h]
-
Interrupt Processor Targets Registers[i]
某个中断应该发往哪个处理器进行处理
0x820-0x9FC
RW
0x00000000
0xC00
GICD_ICFGRn
RO
SGIs: 0xAAAAAAAA
Interrupt Configuration Registers, GICD_ICFGRn
配置中断是低电平触发还是下降沿触发
0xC04
RO
PPIs: 0x55540000
0xC08-0xC7C
RW[j]
SPIs: 0x55555555
0xD00GICD_PPISR
RO
0x00000000Private Peripheral Interrupt Status Register, GICD_PPISR
一般没用
0xD04-0xD3CGICD_SPISRn
RO
0x00000000Shared Peripheral Interrupt Status Registers, GICD_SPISRn
没用
0xF00GICD_SGIR
WO
-Software Generated Interrupt Register
控制软中断
0xF10-0xF1CGICD_CPENDSGIRn
RW
0x00000000
SGI Clear-Pending Registers
软中断的pend位
0xF20-0xF2C
GICD_SPENDSGIRn
RW
0x00000000
SGI Set-Pending Registers
同上，不过写入1时停止pend
0xFD0
GICD_PIDR4
RO
0x00000004
Peripheral ID 4 Register
0xFD4
GICD_PIDR5
RO
0x00000000
Peripheral ID 5 Register
0xFD8
GICD_PIDR6
RO
0x00000000
Peripheral ID 6 Register
0xFDC
GICD_PIDR7
RO
0x00000000
Peripheral ID 7 Register
0xFE0
GICD_PIDR0
RO
0x00000090
Peripheral ID 0 Register
0xFE4
GICD_PIDR1
RO
0x000000B4
Peripheral ID 1 Register
0xFE8
GICD_PIDR2
RO
0x0000002B
Peripheral ID 2 Register
0xFEC
GICD_PIDR3
RO
0x00000000
Peripheral ID 3 Register
0xFF0
GICD_CIDR0
RO
0x0000000D
Component ID 0 Register
0xFF4
GICD_CIDR1
RO
0x000000F0Component ID 1 Register
0xFF8
GICD_CIDR2
RO
0x00000005
Component ID 2 Register
0xFFC
GICD_CIDR3
RO
0x000000B1
Component ID 3 Register
Offset
Name
Type
Reset
Description[a]
0x0000
GICC_CTLR
RW
0x00000000
CPU Interface Control Register
使能位。写入1使能
0x0004
GICC_PMR
RW
0x00000000
Interrupt Priority Mask Register
限制中断最低优先级，高于此值无法中断，最好写大一点
0x0008
GICC_BPR
RW
0x00000002
Binary Point Register
The minimum value of the Binary Point Register depends on which security-banked copy is considered:
0x2
Secure copy
0x3
Non-secure copy
优先级分组
0x000C
GICC_IAR
RO
0x000003FF
Interrupt Acknowledge Register
只读，中断id
0x0010
GICC_EOIR
WO
-End of Interrupt Register
写入以告知cpu已经处理完中断
0x0014
GICC_RPR
RO
0x000000FF
Running Priority Register
当前中断优先级
0x0018
GICC_HPPIR
RO
0x000003FF
Highest Priority Pending Interrupt Register
最高优先级中断号及其pend值
0x001C
GICC_ABPR
RW
0x00000003
Aliased Binary Point Register
The minimum value of the Aliased Binary Point Register is 0x3.
别名寄存器
0x0020
GICC_AIAR
RO
0x000003FF
Aliased Interrupt Acknowledge Register
别名寄存器
0x0024
GICC_AEOIR
WO
-
Aliased End of Interrupt Register
别名寄存器
0x0028
GICC_AHPPIRRO
0x000003FF
Aliased Highest Priority Pending Interrupt Register
别名寄存器
0x00D0
GICC_APR0
RW
0x00000000
Active Priority Register
用于保存和恢复
0x00E0
GICC_NSAPR0
RW
0x00000000
Non-Secure Active Priority Register
用于保存和恢复
0x00FC
GICC_IIDRRO
0x0202143B
CPU Interface Identification Register, GICC_IIDR
存着版本信息
0x1000
GICC_DIRWO
-Deactivate Interrupt Register
参考文档：
DDI0471B_gic400_r0p1_trm.pdf
IHI 0048B, ARM Generic Interrupt Controller Architecture Specification, Ver 2.0.pdf
http://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/8659972.html
https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/8659981.html
https://blog.csdn.net/xiafeng1113/article/details/44998179
http://www.wowotech.net/linux_kenrel/gic_driver.html
http://blog.csdn.net/velanjun/article/details/8757862
https://blog.csdn.net/hcy642813/article/details/73550723
https://www.cnblogs.com/linanwx/p/5631077.html
