0001 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
0002 .. include:: <isonum.txt>
0003 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
0004
0005 :Original: Documentation/PCI/msi-howto.rst
0006
0007 :翻译:
0008
0009 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>
0010
0011 :校译:
0012
0013
0014
0015 ===========
0016 MSI驱动指南
0017 ===========
0018
0019 :作者: Tom L Nguyen; Martine Silbermann; Matthew Wilcox
0020
0021 :版权: 2003, 2008 Intel Corporation
0022
0023 关于本指南
0024 ==========
0025
0026 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
0027 改变你的驱动程序以使用MSI或MSI-X，以及在设备不支持MSI时可以尝试的一些基本诊断方法。
0028
0029
0030 什么是MSI?
0031 ==========
0032
0033 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。
0034
0035 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。
0036 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。
0037
0038 设备可以同时支持MSI和MSI-X，但一次只能启用一个。
0039
0040
0041 为什么用MSI?
0042 ============
0043
0044 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。
0045
0046 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
0047 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。
0048
0049 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
0050 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
0051 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
0052 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
0053 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。
0054
0055 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
0056 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，
0057 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
0058 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
0059 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。
0060
0061
0062 如何使用MSI
0063 ===========
0064
0065 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MSI或MSI-X。
0066 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
0067 继续使用基于引脚的中断。
0068
0069 加入内核对MSI的支持
0070 -------------------
0071
0072 为了支持MSI或MSI-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
0073 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
0074 或SMP，才能看到CONFIG_PCI_MSI选项。
0075
0076 使用MSI
0077 -------
0078
0079 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
0080 MSI功能。
0081
0082 要自动使用MSI或MSI-X中断向量，请使用以下函数::
0083
0084 int pci_alloc_irq_vectors(struct pci_dev *dev, unsigned int min_vecs,
0085 unsigned int max_vecs, unsigned int flags);
0086
0087 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。
0088 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，
0089 如果PCI核不能满足最小数量的向量，将返回-ENOSPC。
0090
0091 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,
0092 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。
0093 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。
0094
0095 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::
0096
0097 int pci_irq_vector(struct pci_dev *dev, unsigned int nr);
0098
0099 在删除设备之前，应使用以下功能释放任何已分配的资源::
0100
0101 void pci_free_irq_vectors(struct pci_dev *dev);
0102
0103 如果一个设备同时支持MSI-X和MSI功能，这个API将优先使用MSI-X，而不是MSI。MSI-X支
0104 持1到2048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）。
0105 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
0106 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。
0107
0108 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。
0109
0110 MSI或MSI-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
0111 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。::
0112
0113 nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, nvec, PCI_IRQ_ALL_TYPES)
0114 if (nvec < 0)
0115 goto out_err;
0116
0117 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
0118 数量作为“min_vecs“和“max_vecs“参数传递给pci_alloc_irq_vectors()函数。::
0119
0120 ret = pci_alloc_irq_vectors(pdev, nvec, nvec, PCI_IRQ_ALL_TYPES);
0121 if (ret < 0)
0122 goto out_err;
0123
0124 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
0125 'min_vecs'和'max_vecs'来实现::
0126
0127 ret = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, 1, PCI_IRQ_ALL_TYPES);
0128 if (ret < 0)
0129 goto out_err;
0130
0131 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MSI或MSI-X。::
0132
0133 nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, nvec, PCI_IRQ_MSI | PCI_IRQ_MSIX);
0134 if (nvec < 0)
0135 goto out_err;
0136
0137 传统API
0138 -----------
0139
0140 以下用于启用和禁用MSI或MSI-X中断的旧API不应该在新代码中使用::
0141
0142 pci_enable_msi() /* deprecated */
0143 pci_disable_msi() /* deprecated */
0144 pci_enable_msix_range() /* deprecated */
0145 pci_enable_msix_exact() /* deprecated */
0146 pci_disable_msix() /* deprecated */
0147
0148 此外，还有一些API来提供支持的MSI或MSI-X向量的数量：pci_msi_vec_count()和
0149 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()
0150 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，
0151 并增加一个pci_nr_irq_vectors()助手，透明地处理MSI和MSI-X。
0152
0153 使用MSI时需要考虑的因素
0154 -----------------------
0155
0156 自旋锁
0157 ~~~~~~
0158
0159 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
0160 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
0161 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，
0162 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()
0163 或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》）。
0164
0165 如何判断一个设备上是否启用了MSI/MSI-X
0166 -------------------------------------
0167
0168 使用“lspci -v“（以root身份）可能会显示一些具有“MSI“、“Message Signalled Interrupts“
0169 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）
0170 或“-“（禁用）。
0171
0172
0173 MSI特性
0174 =======
0175
0176 众所周知，一些PCI芯片组或设备不支持MSI。PCI协议栈提供了三种禁用MSI的方法:
0177
0178 1. 全局的
0179 2. 在一个特定的桥后面的所有设备上
0180 3. 在单一设备上
0181
0182 全局禁用MSI
0183 -----------
0184
0185 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
0186 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
0187 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
0188 中的quirk_disable_all_msi()函数附近找到。
0189
0190 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
0191 备上的MSI。你最好把问题报告给linux-pci@vger.kernel.org，包括完整的
0192 “lspci -v“，这样我们就可以把这些怪癖添加到内核中。
0193
0194 禁用桥下的MSI
0195 -------------
0196
0197 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
0198 有设备上禁用MSI。
0199
0200 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
0201 芯片组，如nVidia nForce和Serverworks HT2000）。与主机芯片组一样，Linux大
0202 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
0203 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::
0204
0205 echo 1 > /sys/bus/pci/devices/$bridge/msi_bus
0206
0207 其中$bridge是你所启用的桥的PCI地址（例如0000:00:0e.0）。
0208
0209 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
0210 有设备的中断处理。
0211
0212 同样，请通知 linux-pci@vger.kernel.org 任何需要特殊处理的桥。
0213
0214 在单一设备上关闭MSIs
0215 --------------------
0216
0217 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，
0218 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
0219 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。
0220
0221 寻找设备上MSI被禁用的原因
0222 -------------------------
0223
0224 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
0225 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
0226 启用了CONFIG_PCI_MSI。
0227
0228 然后，“lspci -t“给出一个设备上面的网列表。读取 ``/sys/bus/pci/devices/*/msi_bus``
0229 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
0230 文件中发现0，说明MSI被禁用。
0231
0232 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
0233 PCI_IRQ_MSIX标志的pci_alloc_irq_vectors（）的调用。
