Расширенный программируемый контроллер прерываний - Advanced Programmable Interrupt Controller

В вычисление, Intel с Расширенный программируемый контроллер прерываний (APIC) - это семья контроллеры прерываний. Как следует из названия, APIC более продвинутый, чем Intel 8259 Программируемый контроллер прерываний (PIC), в частности, позволяя построить мультипроцессор системы. Это один из нескольких архитектурных проектов, предназначенных для решения проблем эффективности маршрутизации прерываний в многопроцессорных компьютерных системах.

APIC - это конструкция с разделенной архитектурой, с локальным компонентом (LAPIC), обычно интегрированным в сам процессор, и дополнительным APIC ввода-вывода на системной шине. Первым APIC был 82489DX - это был дискретный чип, который функционировал как локальный APIC, так и как APIC ввода-вывода. 82489DX позволил построить симметричный мультипроцессор (SMP) системы с Intel 486 и рано Pentium процессоры; например, эталонная двусторонняя система 486 SMP использовала три микросхемы 82489DX, две в качестве локальных APIC и одна в качестве APIC ввода-вывода. Начиная с P54C Процессор, локальная функциональность APIC была интегрирована в кремний процессоров Intel. Первым специализированным APIC ввода-вывода был Intel 82093AA, который был предназначен для PIIX3 -системы.

Обзор

В системе Intel APIC есть два компонента: местный APIC (LAPIC) и I / O APIC. В каждом ЦП в системе есть один LAPIC. В самой первой реализации (82489DX), LAPIC представляла собой дискретную схему, в отличие от ее последующей реализации в кремнии процессоров Intel. Обычно для каждой периферийной шины в системе используется один APIC ввода-вывода. В исходной конструкции системы LAPIC и APIC ввода / вывода были соединены специальной шиной APIC. Новые системы используют системную шину для связи между всеми компонентами APIC.

Каждый APIC, будь то отдельный чип или интегрированный в ЦП, имеет регистр версии, содержащий четырехбитный номер версии для его конкретной реализации APIC. Например, 82489DX имеет номер версии APIC 0, а версия 1 была назначена первому поколению локальных APIC, интегрированных в процессоры Pentium 90 и 100.[1]

В системах, содержащих 8259 PIC, 8259 может быть подключен к LAPIC в системном процессоре начальной загрузки (BSP), или к одному из APIC ввода-вывода системы, или к обоим. Однако логически 8259 подключается только один раз в любой момент времени.

Дискретный APIC

Чип Intel APIC первого поколения, 82489DX, предназначенный для использования с Intel 80486 и ранние процессоры Pentium, фактически представляет собой внешний локальный APIC и APIC ввода-вывода в одной цепи. Спецификация Intel MP 1.4 называет его «дискретным APIC» в отличие от «интегрированного APIC», присутствующего в большинстве процессоров Pentium.[2] 82489DX имел 16 линий прерывания;[3] у него также была особенность, заключающаяся в том, что он мог терять некоторые прерывания ISA.[4]

В многопроцессорной системе 486 каждый ЦП должен был быть сопряжен со своим собственным 82489DX; кроме того, дополнительный 82489DX должен был использоваться в качестве APIC ввода / вывода. 82489DX не мог эмулировать 8259A (XT-PIC), поэтому их также пришлось включить в качестве физических микросхем для обратной совместимости.[5] 82489DX был упакован как 132-контактный PQFP.[3]

Интегрированные локальные APIC

Локальные APIC (LAPIC) управляют всеми внешними прерываниями для некоторого конкретного процессора в системе SMP. Кроме того, они могут принимать и генерировать межпроцессорные прерывания (IPI) между LAPIC. LAPIC могут поддерживать до 224 используемых прервать векторы из APIC ввода-вывода. Номера векторов от 0 до 31, от 0 до 255, зарезервированы для обработки исключений процессорами x86.

Все процессоры Intel, начиная с микроархитектуры P5 (P54C ) имеют встроенный локальный APIC.[6][7] Однако, если локальный APIC отключен в процессоре P5, он не может быть повторно включен программным обеспечением; это ограничение больше не существует в Процессоры P6 и более поздние.[7] В однопроцессорных системах главное преимущество локального APIC состоит в том, что PCI карты больше не нуждаются в сопоставлении прерываний с прерываниями ISA, но могут использовать виртуальные IRQ PCI выше 15, что приводит к меньшему количеству конфликтов и повышению производительности.[6]

В семействе операционных систем Microsoft Windows XP был первым, кто правильно использовал виртуальные IRQ предоставляется местным APIC, с некоторой частичной поддержкой, присутствующей в Windows 2000.[6] В Windows 2000 распространение прерываний карты PCI на виртуальный IRQ происходит только в том случае, если машина также имеет APIC ввода / вывода. Microsoft обвинила свою реализацию Windows 2000 в информации, которую они получили от Intel, якобы обещая, что все будущие системы будут также содержать APIC ввода-вывода, чего, оглядываясь назад, не произошло.[8] (Документ Microsoft того времени даже утверждал, что «без APIC ввода-вывода в системе локальные APIC бесполезны. В такой ситуации Windows 2000 должна вернуться к использованию PIC 8259».[9]Внезапное повсеместное использование локального APIC в Windows XP действительно выявило ряд ошибок в различных реализациях BIOS. В частности, Microsoft была вынуждена сохранить поведение стекирования PCI IRQ для любой машины с CardBus контроллер (и без APIC ввода / вывода).[8]

В Сообщения о прерываниях (MSI) спецификаций PCI 2.2 и более поздних версий нельзя использовать без включения локального APIC.[8] Использование MSI устраняет необходимость в APIC ввода-вывода. Кроме того, в режиме MSI поддерживается до 224 прерываний, а совместное использование IRQ не допускается.[10]

Таймер APIC

Еще одним преимуществом локального APIC является то, что он также обеспечивает высокое разрешение (порядка одного микросекунда или лучше) таймер, который можно использовать как в интервальном, так и в разовом режиме.[7]

У таймера APIC были свои первые проблемы с приемкой. Документ Microsoft от 2002 г. (который выступал за принятие Таймер событий высокой точности вместо этого) раскритиковал таймер LAPIC за "плохое разрешение" и заявил, что "кремниевые часы иногда очень глючны".[11] Тем не менее, таймер APIC используется, например, Windows 7 когда профилирование включен, и Windows 8 при любых обстоятельствах. (До того, как Windows 8 заявила об исключительных правах на этот таймер, он также использовался некоторыми программами, такими как CPU-Z.) В Microsoft Windows таймер APIC не является общим ресурсом.[12]

Апериодические прерывания, предлагаемые таймером APIC, используются Ядро Linux бесщеточное ядро особенность. Эта необязательная, но стандартная функция появилась в версии 2.6.18. Если он включен на компьютере с таймером APIC, ядро ​​не использует 8253 Программируемый интервальный таймер для хронометража.[13] А VMware В документе отмечается, что «программное обеспечение не имеет надежного способа определения его частоты. Как правило, единственный способ определить частоту локального таймера APIC - это измерить ее с помощью таймера PIT или CMOS, что дает только приблизительный результат».[14]

I / O APIC

APIC ввода-вывода содержат таблицу перенаправления, которая используется для маршрутизации прерываний, которые он получает от периферийных шин, на один или несколько локальных APIC. Специализированный APIC ввода-вывода первого поколения, 82093AA, имел поддержку 24 линий прерывания.[10] Он был упакован как 64-контактный PQFP.[15] 82093AA обычно подключается к PIIX3 и использовал свои интегрированные устаревшие PIC 8259.[15] В ICH1 интегрировал APIC ввода / вывода.

Согласно тесту Intel 2009 года с использованием Linux APIC ввода-вывода сократил задержку прерывания почти в три раза по сравнению с эмуляцией 8259 (XT-PIC), а использование MSI уменьшило задержку еще больше, почти в семь раз по сравнению с базовым уровнем XT-PIC.[16]

Варианты

В xAPIC был представлен Pentium 4, в то время x2APIC это последнее поколение программируемых контроллеров прерываний Intel, представленных в Микроархитектура Nehalem в ноябре 2008 г.[17] Основные улучшения x2APIC касаются количества поддерживаемых процессоров и производительности интерфейса.

X2APIC теперь использует 32 бита для адресации ЦП, что позволяет адресовать до 232 - 1 ЦП, использующий режим физического назначения. Режим логического назначения теперь работает по-другому и вводит кластеры; в этом режиме можно адресовать до 220 - 16 процессоров.

Усовершенствованный интерфейс сокращает количество необходимых обращений к регистру APIC для отправки Межпроцессорные прерывания (IPI). Благодаря этому преимуществу KVM может и действительно эмулирует x2APIC для старых процессоров, которые не поддерживают его физически, и эта поддержка предоставляется из QEMU возвращаясь к Конро и даже для AMD Opteron Процессоры серии G (ни один из них не поддерживает x2APIC).[18][19]

APICv это торговая марка Intel для аппаратная виртуализация поддержка, направленная на сокращение накладных расходов на прерывания у гостей. APICv был представлен в Плющ Бридж-EP серия процессоров, которая продается как Xeon E5-26xx v2 (запущена в конце 2013 года) и как Xeon E5-46xx v2 (запущена в начале 2014 года).[20][21][22] AMD анонсировала аналогичную технологию под названием AVIC,[23][24] это доступно семье 15h модели Процессоры 6Xh (Carrizo) и новее.[25]

вопросы

Существует ряд известных ошибок в реализации систем APIC, особенно в отношении того, как 8254 подключен. Дефектный BIOS может неправильно настроить маршрутизацию прерываний или предоставлять неверные ACPI столы и Intel Спецификация многопроцессора (MPS) таблицы.

APIC также может быть причиной сбоя системы, если операционная система не поддерживает его должным образом. В более старых операционных системах часто приходилось отключать I / O и локальные APIC. Хотя это больше невозможно из-за распространенности симметричный мультипроцессор и многоядерный системы, ошибки в прошивке и операционных системах теперь редкость.

Соревнование

Дальнейшая информация: OpenPIC и IBM MPIC

AMD и Cyrix однажды предложил нечто похожее по назначению OpenPIC архитектура с поддержкой до 32 процессоров;[26] он имел хотя бы декларативную поддержку со стороны IBM и Compaq около 1995 года.[27] Однако материнская плата x86 с OpenPIC не выпускалась.[28] После провала OpenPIC на рынке x86 AMD лицензировала Intel APIC для своих AMD Athlon и более поздние процессоры.

Однако IBM разработала свои Многопроцессорный контроллер прерываний (MPIC) на основе спецификаций регистра OpenPIC.[29] MPIC использовался в PowerPC на основе проектов, в том числе IBM, например, в некоторых RS / 6000 системы,[30] но также и Apple, пока их Power Mac G5s.[31][32]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Спецификация Intel MultiProcessor, версия 1.4, стр. 3-5, май 1997 г.
  2. ^ Спецификация Intel MultiProcessor, версия 1.4, стр. 1-4, май 1997 г.
  3. ^ а б Бадри Рам (2001). Интерфейс микропроцессоров Adv. Тата Макгроу-Хилл Образование. п. 314. ISBN  978-0-07-043448-6.
  4. ^ http://people.freebsd.org/~fsmp/SMP/papers/apicsubsystem.txt
  5. ^ Спецификация Intel MultiProcessor, версия 1.4, стр. 5-3, май 1997 г.
  6. ^ а б c Скотт М. Мюллер (2011). Обновление и ремонт ПК (20-е изд.). Que Publishing. п. 242. ISBN  978-0-13-268218-3.
  7. ^ а б c Уве Вальтер, Винсент Оберле Поддержка таймера с точностью до μ-секунды для ядра Linux
  8. ^ а б c «Центр разработки оборудования Windows». msdn.microsoft.com.
  9. ^ "Контент не найден". www.microsoft.com.
  10. ^ а б Джеймс Коулман, Сокращение задержки прерывания за счет использования прерываний, сигнализируемых сообщением, стр. 10-11
  11. ^ Рекомендации по поддержке мультимедийного таймера, 20 сентября 2002 г.
  12. ^ Windows 8 и таймер APIC В архиве 22 февраля 2014 г. Wayback Machine
  13. ^ «База знаний VMware». kb.vmware.com.
  14. ^ Хронометраж в виртуальных машинах VMware (для VMware vSphere 5.0, Workstation 8.0, Fusion 4.0), стр. 8
  15. ^ а б «Центр ресурсов и дизайна для разработки с Intel». Intel.
  16. ^ Джеймс Коулман, Сокращение задержки прерывания за счет использования прерываний, сигнализируемых сообщением, п. 19
  17. ^ «Intel Nehalem mit X2APIC - Расширенная архитектура xAPIC (Bild 27/27) - ComputerBase». www.computerbase.de.
  18. ^ "Re: [Qemu-devel] [Вопрос], почему x2apic по умолчанию установлен без поддержки хоста". lists.gnu.org.
  19. ^ "[Qemu-devel] [PATCH] target-i386: включить x2apic по умолчанию при более позднем выпуске". lists.nongnu.org.
  20. ^ http://www.linuxplumbersconf.org/2012/wp-content/uploads/2012/09/2012-lpc-virt-intel-vt-feat-nakajima.pdf
  21. ^ «Тестирование производительности виртуализации APIC и Iozone * - Программное обеспечение Intel®». software.intel.com.
  22. ^ http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/product-briefs/xeon-e5-4600-v2-brief.pdf
  23. ^ Вэй Хуанг, Введение AMD Advanced Virtual Interrupt Controller, XenSummit 2012
  24. ^ http://www.linuxplumbersconf.org/2012/wp-content/uploads/2012/09/2012-lpc-virt-interrupt-virt-kvm-roedel.pdf
  25. ^ «[Xen-devel] [RFC PATCH 0/9] Представьте AMD SVM AVIC». www.mail-archive.com.
  26. ^ "Определение OpenPIC из энциклопедии журнала PC". Pcmag.com. 1994-12-01. Получено 2011-11-03.
  27. ^ Брук Кротерс (20 марта 1995 г.). AMD и Cyrix предлагают альтернативную спецификацию SMP. InfoWorld. п. 8. ISSN  0199-6649.
  28. ^ Андре Д. Бальса, Примечание, приложенное к «Linux Benchmarking: Part III - Interpreting Benchmark Results» опубликовано в выпуске 24 Linux Gazette за январь 1998 г.
  29. ^ IBM Многопроцессорный контроллер прерываний. Книга данных В архиве 2014-02-23 в Wayback Machine
  30. ^ Центр оценки Arca Systems TTAP Распределенная система IBM Corporation RS / 6000 под управлением AIX версии 4.3.1. Оценка безопасности C2 TCSEC, п. 29
  31. ^ Сингх, Амит (13 октября 2006 г.). Загляните внутрь двухпроцессорного Power Mac на базе G5 - через базу данных informIT.
  32. ^ Примечание разработчика Power Mac G5 (устаревшая версия), п. 26

дальнейшее чтение

внешние ссылки