We continue to investigate external device interrupt routing setup in the x86 system.

In Part 1 (Interrupt controller evolution) we looked at the theory behind interrupt controllers and all the necessary terminology. In Part 2 (Linux kernel boot options) we looked at how in practice the OS chooses between different interrupt controllers. In this part we will investigate how the BIOS sets IRQ to the interrupt controllers routing in a chipset.

None of the modern BIOS developer companies (AwardBIOS/AMIBIOS/Insyde) open their source code. But luсkily there is coreboot — a project aimed at replacing proprietary BIOS with free firmware code. In its source code we'll see what is needed to setup the interrupt routing in a chipset.

In the last part we discussed evolution of the interrupt delivery process from the devices in the x86 system (PIC → APIC → MSI), general theory, and all the necessary terminology.

In this practical part we will look at how to roll back to the use of obsolete methods of interrupt delivery in Linux, and in particular we will look at Linux kernel boot options:

• pci=nomsi
• noapic
• nolapic

Also we will look at the order in which the OS looks for interrupt routing tables (ACPI/MPtable/$PIR) and what the impact is from the following boot options:

• pci=noacpi
• acpi=noirq
• acpi=off

You've probably used some combination of these options when one of the devices in your system hasn't worked correctly because of an interrupt problem. We'll go through these options and find out what they do and how they change the kernel '/proc/interrupts' interface output.

This article is about the interrupt delivery process from external devices in the x86 system. It tries to answer questions such as:

• What is PIC and what is it for?
• What is APIC and what is it for? What is the purpose of LAPIC and I/O APIC?
• What are the differences between APIC, xAPIC, and x2APIC?
• What is MSI? What are the differences between MSI and MSI-X?
• What is the role of the $PIR, MPtable, and ACPI tables?

If you want to know the answer for one of these questions, or if you simply want to know about interrupt controller evolution, please, welcome.

Продолжаем рассматривать настройку прерываний от внешних устройств в системе x86.
В части 1 (Эволюция контроллеров прерываний) мы рассмотрели теоретические основы контроллеров прерываний и общие термины, в части 2 (Опции загрузки ядра Linux) посмотрели как на практике ОС осуществляет выбор между контроллерами. В этой части мы рассмотрим как BIOS настраивает роутинг IRQ на контроллеры прерываний в чипсете.

Никакие современные компании по разработке BIOS (AwardBIOS/AMIBIOS/Insyde) не раскрывают исходники своих программ. Но к счастью есть Coreboot — проект по замене проприетарного BIOS на свободное программное обеспечение. В его коде мы и посмотрим, как настраивается роутинг прерываний в чипсете.

В предыдущей части мы рассмотрели эволюцию доставки прерываний от устройств в x86 системах (PIC → APIC → MSI), общую теорию и все необходимые термины.

В этой практической части мы рассмотрим как откатиться к использованию устаревших методов доставки прерываний в Linux, а именно рассмотрим опции загрузки ядра:

• pci=nomsi
• noapic
• nolapic

Также мы посмотрим на порядок, в котором ОС смотрит таблицы роутинга прерываний (ACPI/MPtable/$PIR) и какое влияние на него окажет добавление опций загрузки:

• pci=noacpi
• acpi=noirq
• acpi=off

Возможно вы пробовали комбинации из всех этих опций, когда какое-либо устройство не работало из-за проблемы с прерываниями. Разберём, что именно они делают и как они меняют вывод /proc/interrupts.

В данной статье хотелось бы рассмотреть механизмы доставки прерываний от внешних устройств в системе x86 и попытаться ответить на вопросы:

• что такое PIC и для чего он нужен?
• что такое APIC и для чего он нужен? Для чего нужны LAPIC и I/O APIC?
• в чём отличия APIC, xAPIC и x2APIC?
• что такое MSI? В чём отличия MSI и MSI-X?
• как с этим связаны таблицы $PIR, MPtable, ACPI?

Если на какой-то из этих вопросов вам интересно получить ответ или вы просто хотите ознакомиться с эволюцией контроллеров прерываний в системе x86, добро пожаловать под кат.

Постановка задачи

В Linux есть стандартный интерфейс для работы с GPIO через sysfs. Документацию на него можно посмотреть тут.

Если кратко, то в папке "/sys/class/gpio" есть файлы «export» и «unexport». С помощью записи числа X в файл export можно открыть интерфейс в user space для управления GPIOX

# открыть интерфейс в user space для управления GPIO12
$ echo 12 > /sys/class/gpio/export

После открытия интерфейса появится папка /sys/class/gpio/gpioX/ в которой будут такие файлы как «value» или «direction», и путём записи «in» или «out» в файл «direction» и записи 1 или 0 в файл «value» можно управлять выводом GPIO напрямую через командную строку.

# настроить GPIO на вывод
$ echo "out" > /sys/class/gpio/gpio12/direction

# установить 1 на выводе GPIO
$ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio12/value

Чтобы команда «echo X > /sys/class/gpio/export» приводила к созданию папки «gpioX», в ядре должен быть зарегистрирован драйвер контроллера GPIO, открывающий интерфейс к линиям GPIO.

Так получилось, что я работаю над портированием coreboot для кастомной платы на базе процессора Intel Haswell i7 [Для тех, кто не знает, coreboot это open source проект по созданию BIOS с открытым исходным кодом (https://www.coreboot.org/)]. В мой процессор встроен южный мост LynxpointLP в котором есть 94 линии GPIO. И я захотел открыть их в sysfs…