扒一扒GIC-600的相关知识

开始之前，先声明一下，ARM系列的全部文章都参考的是公开文档。如果大家有需要，可以去ARM的官方网站下载。我手里没有任何非公开的文档。

闲话少说，今天开始扒GIC-600。

为了适应大规模的SoC设计，GIC-600被设计成分布式IP。所谓分布式，GIC-600由几种组件构成，每个组件可以跟其它相关模块在物理设计上摆放在一起，并与其拥有共同的电源域；组件之间通过片上网络（network on chip，简称NoC）通信，从而达到更好的时序。

GIC-600的重要组件包括以下几种：

Distributor：GIC-600的核心部件，负责与其它组件通信，主要处理SPI和LPI

Redistributor：与cluster或core交互，主要处理PPI和SGI

ITS（Interrupt Translation Service）：处理基于消息的中断，用于解析LPI

SPI collator：顾名思义，收集整理SPI

Wake request：产生wake\_request给core

在具体介绍每个组件之前，我们有必要先来研究一下这些组件之间是如何连接的。主要有两种方式，第一种是利用片上网络，比如CMN-600这样的IP；第二种是私有的桥接。

图1  利用NoC连接GIC-600的组件

第一种方法，适合大规模的物理设计，尤其是全局时钟方案复杂的SoC。比如有很多的cluster，一般而言，一个redistributor对应一个cluster，这样redistributor可以和cluster一起做布局布线，redistributor和cluster之间的通信可以保持在一个比较高的频率，且timing容易实现。同样，对于有很多PCIe控制器的设计，ITS可以和PCIe控制器放在一起，实现LPI。对于SPI来说，一般多是给低速的外设准备的，所以SPI collator可以和distributor放在一起。

Wake request组件的主要作用就是可以产生唤醒信号给core，如果SoC设计中没有做关于core功耗方面的设计，这个组件可以不需要；如果有功耗控制的需求，这些唤醒信号要给SCP（system control processor）或者相关的模块，再做进一步的设计，具体取决于设计需要了。

图2  利用私有桥接连接GIC-600的组件

第二种方法，适合规模较小的，全局时钟方案简单的SoC，GIC-600的组件不依赖于片上网络（因为没有可用接口，比如NIC等）。这种方法的弊端是，组件之间的走线可能会非常长，并且可能需要在别的IP中穿行。好处是，不占用任何NoC的带宽。

接下来看看每个组件。首先是distributor，一个SoC只有一个。其它的组件只能与distributor通信。所以，可以看出，distributor是GIC-600中的核心，其作用是收集所有的中断，并转发给相应的目标core。

图3  GIC-600 distributor和SPI collator

对于core来说，可以通过上图中的ACE-Lite slave接口访问GIC-600中除去GITS\_TRANSLATER的所有寄存器。由于为了实现LPI，GIC-600的distributor要维护几张表，且这些表格保存在内存中，所以需要一个master接口去访存。在上图中，对应的是ACE-Lite master总线接口。Distributor还包含三组AXI4-Stream接口，分别用于redistributor，ITS和其它distributor（比如多路服务器）的通信。至于Q-channel，不知道大家还记得多少，《SoC设计之功耗 -- Q channel》，在这里主要是为了做时钟管理。

SPI collator对外的接口比较简单，输入SPIs，是来自外设的中断线。在GIC-600中，SPI数目是32的整数倍，目前最多支持960。输出SPI\_r，是经过时钟同步的SPI信号，如果需要，可以送给发出SPI的外设。

Wake request模块是配合SoC功耗管理用的，如果需要实现core的idle状态管理，或者powergating，在distributor把中断发给目标core之前必须唤醒该core。所以唤醒信号是每个core一个。功耗管理取决于具体的设计，可以参考前面的文章，《ARM系列 -- PCSA（二）》。

简单介绍完distributor，需要再讲讲AXI4-Stream总线。

图4  AMBA演进

在AXI4-Stream中，去掉了地址项，允许无限制的数据突发传输规模。正如spec中所说，这个总线是用于master和slave之间交换数据用的。接口信号比较简单，如下图：

图5  AXI4-Stream接口信号列表

大部分信号和AXI类似，ACLK和ARESETn信号，不必多说。TREADY和TVALID是mater和salve的握手信号，slave可以通过TREADY反压master的数据传送。需要注意的是TDEST和TID，TDEST提供数据流的路由信息，也就是说一个master可以接几个slave设备。TID提供数据流的标识，意味着master可以给slave交叉发送不同数据流。

如果两个设备要实现双向传输，就需要互为master和slave。拿GIC-600来说，一个SoC中只有一个distributor，同时可以有若干redistributor，但是redistributor只与distributor通信，且需要双向传输。也就是说distributor能看到多个redistributor，而一个redistributor只能看到distributor。Distributor可以通过TDEST把数据路由给相对应的redistributor，并且通过redistributor发过来的TID以区分不同的redistributor。

TDATA数据流包含三种类型：data、position、null。data是数据；position作为占位符使用，可以用来表征data的相对位置，null不包含任何有用的信息。数据流的结构可以有很多种，比如可以只传数据；也可以将数据和null或position混合传输。

图6  连续且对齐的数据流

图7 连续不对齐的数据流

图8  byte数据流

ACE-Lite总线就复杂多了，不是一两篇短文能说清楚的，留在以后吧。

审核编辑：刘清