Организация обмена в вычислительной системе

Расширенный программируемый контроллер прерываний (APIC)

Микропроцессоры IA-32, начиная с модели Pentium, содержат встроенный расширенный программируемый контроллер прерываний ( APIC ). Встроенный APIC предназначен для регистрирования прерываний от источников внутри процессора (например, блок температурного контроля у Pentium 4) или от внешнего контроллера прерываний и передачи их ядру процессора на обработку. Особо важная роль возлагается на встроенный APIC в многопроцессорных системах, где APIC принимает и генерирует сообщения о межпроцессорных прерываниях (IPI - InterProcessor Interrupt). Такие сообщения могут использоваться для распределения обработки прерываний между процессорами или для выполнения системных функций (первоначальная загрузка, диспетчеризация задач и т.п.).

Встроенный APIC различает следующие источники прерываний.

1. От локальных устройств. Прерывания, генерируемые по фронту или уровню сигнала, который поступает от устройства, непосредственно подключенного к сигналам LINT0 и LINT1 (например, контроллер прерываний типа 8259A).
2. От внешних устройств. Прерывания, генерируемые по фронту или уровню сигнала, который поступает от устройства, подключенного к внешнему контроллеру прерываний. Такое прерывание передается в виде сообщения по шине APIC (или системной шине в Pentium 4).
3. Межпроцессорные (IPI). В многопроцессорных системах один из процессоров может прервать другой при помощи сообщения IPI на шине APIC (или системной шине в Pentium 4).
4. От таймера APIC. Встроенный APIC содержит таймер, который можно запрограммировать на генерацию прерывания по достижении определенного отсчета.
5. От таймера монитора производительности. Процессоры P6 и Pentium 4 содержат блок мониторинга производительности. Этот блок можно запрограммировать таким образом, чтобы связанный с ним таймер при достижении определенного отсчета генерировал прерывание.
6. От термодатчика. Процессоры Pentium 4 содержат встроенный блок температурного контроля, который можно запрограммировать на генерацию прерываний.
7. Внутренние ошибки APIC. Встроенный APIC может генерировать прерывания при возникновении внутренних ошибочных ситуаций (например, при попытке обратиться к несуществующему регистру APIC ).

Источники 1, 4, 5, 6, 7 считаются локальными источниками прерываний и обслуживаются специальным набором регистров APIC, называемым таблицей локальных векторов (LVT - local vector table). Два других источника обрабатываются APIC через механизм сообщений. Эти сообщения в Pentium и P6 передаются по выделенной трехпроводной шине APIC (рис. 13.2). В Pentium 4 для передачи APIC-сообщений используется системная шина, поэтому контроллер прерываний может быть подключен непосредственно к обычному системному интерфейсу (например, PCI).

Рис. 13.2. Взаимодействие встроенного APIC и внешнего контроллера прерываний

Структура встроенного APIC является архитектурным подмножеством микросхемы контроллера прерываний Intel 82489DX. Регистры APIC отображаются на 4-Кбайтный блок оперативной памяти по адресу FEE00000h (может быть изменен через MSR регистры процессора).

Наличие встроенного APIC в процессоре обнаруживается при помощи инструкции CPUID(1). После RESET встроенный APIC включен, однако впоследствии он может быть отключен, тогда процессор будет работать с прерываниями как Intel-386/486 (линии LINT0 и LINT1 будут использоваться как NMI# и INTR#, к которым может быть подключен контроллер прерываний типа 8259A).

Таблица локальных векторов (LVT) состоит из шести 32-битных регистров (в P6 - 5, в Pentium - 4):

• регистр вектора прерывания от таймера;
• регистр вектора прерывания от термодатчика (только в Pentium 4);
• регистр вектора прерывания от монитора производительности (P6 и Pentium 4);
• регистр вектора прерывания LINT0;
• регистр вектора прерывания LINT1;
• регистр вектора прерывания ошибки.

Значения в этих регистрах определяют:

• номер вектора прерывания ;
• тип прерывания (fixed - с указанным вектором, SMI - переход в режим системного управления, NMI - немаскируемое, INIT - сброс, ExtINT - внешнее: процессор генерирует цикл INTA и ожидает номер вектора прерывания от внешнего контроллера);
• активный уровень сигнала (низкий или высокий) или триггерный режим ( прерывание по фронту или по уровню);
• маску прерывания ( прерывание может быть замаскировано).

Эти регистры также отражают состояние прерывания (доставляется ли это прерывание ядру процессора в данный момент).

Кроме того, APIC содержит регистры управления таймером APIC, регистр версии, регистр ошибки, регистры, связанные с обслуживанием прерываний (регистр приоритета, регистр запроса IRR, регистр обслуживания ISR), и регистры, связанные с передачей и приемом IPI.