ReactOS源代码分析APIC机制

上图是APIC的组成，其中PIIX3是一个和之前标准中断控制器兼容的中断控制器，而Host-to-PCI桥是系统中与外设相连的桥（可能是北桥）。APIC包含IOAPIC和Local APIC，Local APIC包含在处理器内部，Local APIC用于处理器之间的相互中断，而IOAPIC处于系统芯片组中，IOAPIC用于处理外部IO提交的中断。IOAPIC和Local APIC通过APIC总线进行数据和控制的传送。不过，在IOAPIC和Local APIC之间传递的不是简单地电平信息，所有的中断在IOAPIC中编码成中断消息之后传递给Local APIC。

IOAPIC包含一系列可以变成的寄存器，这些寄存器中的IOREGSEL和IOWIN被编码到处理器的内存地址空间中，同时可以利用这两个寄存器间接访问其他的APIC寄存器。在Windows系统中将Local APIC的地址映射到映射到物理地址0XFFE00000，IOAPIC默认的物理地址是0XFEC00000。当然，物理地址最终还是要调整为虚拟地址进行访问的。Local APIC映射到内存地址空间的虚拟地址为0XFFFE0000，而IOAPIC映射的虚拟地址是0XFFD06000.

为了访问IOAPIC的寄存器，首先写一个字节到IOREGSEL寄存器中。这8位作为IOAPIC中将被访问的寄存器的索引号，而IOWIN寄存器中的数据将被写入到指定的寄存器中，需要注意的是IOWIN被当做一个双字格式进行访问。下表是每个寄存器在IOAPIC中的偏移，而Local APIC中的寄存器相对IOAPIC要多，在英特尔的官方文档的第三册的第十章有介绍。

Local APIC中相应寄存器的偏移在APIC.h头文件中有定义。

APIC系统支持255个中断向量，但是Intel保留了0-15号向量，可用的向量是16-25，同时引进一个概念叫做任务优先级。windows系统中的IRQL等于任务优先级/16，所以可用的优先级是2-15.这个任务优先级存放在本地APIC的任务优先级寄存器TPR中。优先级低于TPR优先级的中断都会被屏蔽，而同一个任务优先级中的16个中断向量可以进一步细粒度地区分中断的优先级。

VOID
FORCEINLINE
ApicRaiseIrql(KIRQL Irql)
{
    ApicWrite(APIC_TPR,IrqlToTpr(Irql));
}

这是提升系统的IRQL的操作，写操作的实现根据上面的介绍很简单.利用APIC_TPR作为偏移，APIC中的IOREGSEL作为基地址，然后将IrqToTpr作为数据存放到IOWIN中，就实现将相应的TPR写入到Local APIC的任务优先级寄存器中。

下面是IOAPIC中关于IO重定位表的定义：

typedef union _IOAPIC_REDIRECTION_REGISTER
{
    ULONGLONG LongLong;
    struct
    {
        ULONG Long0;
        ULONG Long1;
    };
    struct
    {
        ULONGLONG Vector:8;
        ULONGLONG DeliveryMode:3;
        ULONGLONG DestinationMode:1;
        ULONGLONG DeliveryStatus:1;
        ULONGLONG Polarity:1;
        ULONGLONG RemoteIRR:1;
        ULONGLONG TriggerMode:1;
        ULONGLONG Mask:1;
        ULONGLONG Reserved:39;
        ULONGLONG Destination:8;
    };
} IOAPIC_REDIRECTION_REGISTER;

通过上面的定义可以发现，整个IO重定位表一项包含8个字节。最低8位表示中断向量，正好是256项。然后三位表示中断的发送模式，主要定义目标对中断的相应操作。接下来一位用于指示最高8位怎样指定处理中断的目标，因为有可能需要指定处理中断的处理器。而发送状态位则指示整个中断发送之后的状态。polarity设置中断激发的电平。remoteIRR则用于设置水平激发的中断，当IOAPIC接受中断的时候，设置这个位为1，在中断处理之后设置这个位为0.TriggerMode则用于指示激发模式。Mask则用于设置这个中断是否被屏蔽。

BOOLEAN
NTAPI
HalEnableSystemInterrupt(
    IN ULONG Vector,IN KIRQL Irql,IN KINTERRUPT_MODE InterruptMode)
{
    IOAPIC_REDIRECTION_REGISTER ReDirReg;
    PKPRCB Prcb = KeGetCurrentPrcb();
    UCHAR Index;
    Index = HalpVectorToIndex[Vector];
    if (Index == 0xff)
    {
        return FALSE;
    }
    ReDirReg = ApicReadioRedirectionEntry(Index);
    if (ReDirReg.Vector != Vector)
    {
        ReDirReg.Vector = Vector;
        ReDirReg.DeliveryMode = APIC_MT_LowestPriority;
        ReDirReg.DestinationMode = APIC_DM_Logical;
        ReDirReg.Destination = 0;
    }
    if (ReDirReg.DestinationMode == APIC_DM_Logical)
    {
        ReDirReg.Destination |= ApicLogicalId(Prcb->Number);
    }
    ReDirReg.TriggerMode = 1 - InterruptMode;
    ReDirReg.Mask = FALSE;
    ApicWriteIORedirectionEntry(Index,ReDirReg);
    return TRUE;
}

上面是对APIC中的中断重定位表的设置，首先读取原来的IO重定位表，如果和现在的目标向量不对应则重新设置中断向量，以及发送模式和目标，最后将修改后的重定位表填充到APIC的表项当中。

KIRQL
FASTCALL
HalpVectorToIrql(UCHAR Vector)
{
    return TprToIrql(Vector);
}

UCHAR
FASTCALL
HalpVectorToIrq(UCHAR Vector)
{
    return HalpVectorToIndex[Vector];
}

上面两个函数体现了中断向量和IRQL以及中断信号的管理。TprToIrql通过将Vector除以16得到索引号寻找数组当中的Irql，实质上这里的vector更像是一个任务优先级。而Vector也会有一个函数将其进行一定的映射，得到IDT表项的入口索引，在中断发生的时候作为IDT的索引查找系统中的中断处理向量。

ReactOS源代码分析APIC机制

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