【原创】Linux环境下的图形系统和AMD R600显卡编程(7)——AMD显卡的软件中断

　　CPU上处理的中断可以分成“硬件中断”和“软件中断”两类，比如网卡产生的中断称为硬件中断，而如果是软件使用诸如"int 0x10"（X86平台上）这样的指令产生中断称为软件中断，硬件中断是异步的，其发生的时机是不可知的，但是软件中断是同步的，CPU是“确切”知道其发生的时机的。

　　同样的，在GPU看来，中断也可以分成“硬件中断”和“软件中断”两类，比如热插拔事件或者vblank事件都会产生“硬件中断”，这些事件在GPU看来是异步的，GPU不知道这些事情何时发生。GPU也可以使用类似CPU的int指令那样产生中断，考虑这样一种情形：驱动向硬件发送了绘图命令后必须等到硬件执行完了这些命令后才能进行后续的操作，否则硬件的上一次命令没有执行完就继续执行下一次命令会导致错误。前面介绍scratch寄存器的时候提及过可以在命令末尾添加一条写scratch寄存器的命令，发送命令之后驱动使用轮询的方式轮询scratch寄存器，当然这种场合使用轮询肯定是不合适的，实际上显卡可以采用软中断机制，在完成绘图命令后执行一个类似“int xx”的命令产生中断，这里GPU是“确切”知道中断发生的时机的----即在绘图命令完成的时候。

　　前面提到的fence就是这种“软件中断”的具体应用。

　　在上一篇blog中看到，fence是按照下面的步骤使用的：

　　radeon_fence_create->radeon_fence_emit->radeon_fence_wait

　　radeon驱动中的fence机制用于同步GPU和CPU，Fence机制的实现依赖GPU产生的软中断和scratch寄存器。CP完成一个绘图操作后执行产生中断的命令，向CPU发送一次中断信号，这里的“产生中断的命令”其实就是写CP_INT_STAT寄存器。

　　在radeon驱动代码中，完成向ring buffer中填充绘图命令后，会调用radeon_fence_emit函数（参考GPU命令包章节的代码），在r600显卡上最终调用r600_fence_ring_emit函数，该函数中有如下代码：

2327 void r600_fence_ring_emit(struct radeon_device *rdev,

2328               struct radeon_fence *fence)

......

2347         /* Emit fence sequence & fire IRQ */

2348         radeon_ring_write(rdev, PACKET3(PACKET3_SET_CONFIG_REG, 1));

2349         radeon_ring_write(rdev, ((rdev->fence_drv.scratch_reg -

PACKET3_SET_CONFIG_REG_OFFSET) >> 2));

2350         radeon_ring_write(rdev, fence->seq);

2351         /* CP_INTERRUPT packet 3 no longer exists, use packet 0 */

2352         radeon_ring_write(rdev, PACKET0(CP_INT_STATUS, 0));

2353         radeon_ring_write(rdev, RB_INT_STAT);

　　这里让GPU执行的命令(2352-2353行代码)类似在操作系统中让CPU执行的“int xx” 指令，这两句代码的意思是写CP_INT_STATUS寄存器，但是注意到寄存器CP_INT_STATUS 是一个中断状态寄存器，驱动通过MMIO的方式是无法写这个寄存器的，但是如果CP写这个寄存器就会产生“软件中断”（当前观察到的现象是这样的，是否正确）。

　　通常硬件会有一些寄存器用于表示中断相关信息，在硬件产生中断的时候将相关信息写入寄存器中，驱动读取这些寄存器就能知道和中断相关的具体信息。Radeon GPU中除了有这类寄存器表明中断类型外，scratch寄存器可以派上用场。

　　在内核radeon驱动中，每一个fence都被分配了唯一的ID号（seq），在radeon_fence_emit中有如下代码：

71 int radeon_fence_emit(struct radeon_device *rdev, struct radeon_fence *fence )

......

80     fence->seq = atomic_add_return(1, &rdev->fence_drv.seq);

　　2340-2350行代码fence->seq的值被写入一个scratch寄存器，所以当绘图命令完成中断产生之前scratch寄存器就会是被置为这个唯一的ID号，读取scratch寄存器就能够知道是哪一次绘图命令产生的中断。

　　Fence中断处理函数是radeon_fence_poll_locked。首先读取fence编号，知道是那一次fence操作产生的中断，当产生中断的fence编号是最后一个编号时，需要将最后一个fence编号赋值为当前编号，同时更新fence定时器。如果不是最后一个fence编号产生的中断，就需要判断定时器，然后唤醒fence中断队列。

PS.  这篇文章里只描述了软件中断的硬件机制，linux内核drm驱动关于显卡中断的代码也有一套比较复杂的框架，需要深入分析才能理解其全貌。