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【学一点RISC-V】ACLINT（高级核心本地中断控制器）文档

news 2025/9/12 23:49:13

RISCV架构 ACLINT文档

ACLINT原文档：https://github.com/riscv/riscv-aclint/blob/main/riscv-aclint.adoc

在这里进行了翻译以及校对，仅供参考，不正确的地方欢迎指出

1、介绍

【此 RISC-V ACLINT 规范定义了一组内存映射设备，这些设备为多 HART RISC-V 平台上的每个 HART 提供处理器间中断 (IPI) 和定时器功能】。在多 HART RISC-V 平台上运行的操作系统、引导加载程序和固件需要这些 HART 级 IPI 和定时器功能。

SiFive 核心本地中断器 (CLINT) 器件已在 RISC-V 领域广泛采用，以提供机器级 IPI 和定时器功能。不幸的是，【SiFive CLINT 具有针对 IPI 和定时器功能的统一寄存器映射，并且不提供 supervisor-level IPI 功能】。

【RISC-V ACLINT 规范采用更加模块化的方法，为 IPI 和定时器功能定义单独的内存映射设备】。当平台具有替代机制时，这种模块化允许 RISC-V 平台省略一些 RISC-V ACLINT 设备。 除了模块化之外，【RISC-V ACLINT 规范还为 Supervisor 级 IPI 定义了专用内存映射设备】。下面的表 1 显示了 RISC-V ACLINT 规范定义的器件列表。

Table 1. ACLINT 设备

名称	特权级	功能
MTIMER	Machine	固定频率计数器和定时器事件
MSWI	Machine	处理器间（或软件）中断
SSWI	Supervisor	处理器间（或软件）中断

RISC-V ACLINT 规范被定义为向后兼容 SiFive CLINT 规范。 MTIMER 和 MSWI 器件的寄存器定义和寄存器偏移量与 SiFive CLINT 规范定义的定时器和 IPI 寄存器兼容。 RISC-V 平台上的 SiFive CLINT 设备在逻辑上可以看作是在内存地址空间中彼此相邻放置的一个 MSWI 设备和一个 MTIMER 设备，如下表 2 所示。

1.1、与 SiFive CLINT 向后兼容

RISC-V ACLINT 规范与 SiFive CLINT 规范向后兼容。**【MTIMER 和 MSWI 器件的寄存器定义和寄存器偏移量与 SiFive CLINT 规范定义的定时器和 IPI 寄存器兼容】。**在 RISC-V 平台上，一个 SiFive CLINT 器件在逻辑上可视为一个 MSWI 器件和一个 MTIMER 器件，它们在内存地址空间中相邻放置，如下表 2 所示。

Table 2. 一个 SiFive CLINT 设备相当于两个 ACLINT 设备

SiFive CLINT 偏移范围	ACLINT 设备	功能
0x0000_0000 - 0x0000_3fff	MSWI	机器级处理器间（或软件）中断
0x0000_4000 - 0x0000_bfff	MTIMER	机器级固定频率计数器和定时器事件

2、机器级定时器设备（MTIMER）

【MTIMER 器件为 RISC-V 平台上的一组 HART 提供机器级定时器功能。它有一个固定频率单调时间计数器 (MTIME) 寄存器，并且对于连接到 MTIMER 设备的每个 HART 都有一个时间比较寄存器 (MTIMECMP)。未连接到任何 HART 的 MTIMER 设备应仅具有 MTIME 寄存器，而没有 MTIMECMP 寄存器】。

在具有多个 MTIMER 设备的 RISC-V 平台上：

每个 MTIMER 设备为不同（或不相交）的 HART 集提供机器级定时器功能。 MTIMER 设备为与其关联的每个 HART 分配一个从零开始的 HART 索引。 MTIMER 设备分配给 HART 的 HART 索引可能与 RISC-V 特权架构分配给 HART 的唯一 HART 标识符（hart ID）有任何关系，也可能没有关系
两个或多个 MTIMER 设备可以共享相同的物理 MTIME 寄存器，同时拥有自己单独的 MTIMECMP 寄存器
MTIMER 设备的 MTIMECMP 寄存器必须仅与同一 MTIMER 设备的 MTIME 寄存器进行比较，以生成机器级定时器中断

单个 MTIMER 设备支持的最大 HART 数量为 4095，相当于 MTIMECMP 寄存器的最大数量。

2.1、寄存器映射

一个 MTIMER 设备有两个独立的基地址：一个用于 MTIME 寄存器，另一个用于 MTIMECMP 寄存器。 单个 MTIMER 设备的单独的基地址允许多个 MTIMER 设备共享相同的物理 MTIME 寄存器。

下面的表 3 显示了 MTIME 寄存器的映射，而下面的表 4 显示了 MTIMECMP 寄存器相对于单独基地址的映射。

Table 3. ACLINT MTIMER Time 寄存器映射

Offset	Width	Attr	Name	Description
0x0000_0000	8B	RW	MTIME	Machine-level time counter

Table 4. ACLINT MTIMER Compare 寄存器映射

Offset	Width	Attr	Name	Description
0x0000_0000	8B	RW	MTIMECMP0	HART index 0 machine-level time compare
0x0000_0008	8B	RW	MTIMECMP1	HART index 1 machine-level time compare
…	…	…	…	…
0x0000_7FF0	8B	RW	MTIMECMP4094	HART index 4094 machine-level time compare

2.2、MTIME 寄存器 (Offset: 0x00000000)

MTIME 寄存器是一个 64 位读写寄存器，包含基于固定参考频率计数的周期数。

MTIMER 器件复位时，MTIME 寄存器被清零。

2.3、MTIMECMP 寄存器 (Offsets: 0x00000000 - 0x00007FF0)

MTIMECMP 寄存器是每个 HART 一个的 64 位读写寄存器。它包含相应的 HART 触发机器级定时器中断的 MTIME 寄存器的值。

**每当 MTIME 大于或等于相应 MTIMECMP 寄存器中的值时，HART 的机器级定时器中断就会挂起，而每当 MTIME 小于相应 MTIMECMP 寄存器中的值时，HART 的机器级定时器中断就会被清除。**机器级定时器中断反映在 mip CSR 的 MTIP 位中。

在 MTIMER 器件复位时，MTIMECMP 寄存器处于未知状态。

2.4、同步多个 MTIME 寄存器

RISC-V 平台可以将多个 HART 分组为分层拓扑组（例如 clusters、nodes 或 sockets），其中每个拓扑组都有自己的 MTIMER 设备。 此外，此类 RISC-V 平台还允许在运行时对拓扑组（包括 MTIMER 设备）进行时钟门控或断电。

2.4 节省略了部分内容，这一部分可以查阅资料

暂时未涉及到多个 MTIMER 设备的情况

3、机器级软件中断设备（MSWI）

【MSWI 设备为 RISC-V 平台上的一组 HART 提供机器级 IPI 功能。它为连接到 MSWI 设备的每个 HART 提供一个 IPI 寄存器 (MSIP)】。

在具有多个 MSWI 设备的 RISC-V 平台上，每个 MSWI 设备为不同（或不相交）的 HART 集提供机器级 IPI 功能。 MSWI 设备为与其关联的每个 HART 分配一个从零开始的 HART 索引。 MSWI 设备分配给 HART 的 HART 索引可能与 RISC-V 特权架构分配给 HART 的唯一 HART 标识符 (hart ID) 有任何关系，也可能没有关系。

单个 MSWI 设备支持的 HART 最大数量为 4095，相当于 MSIP 寄存器的最大数量。

3.1、寄存器映射

Table 5. ACLINT MSWI 设备寄存器映射

Offset	Width	Attr	Name	Description
0x0000_0000	4B	RW	MSIP0	HART index 0 machine-level IPI register
0x0000_0004	4B	RW	MSIP1	HART index 1 machine-level IPI register
…	…	…	…	…
0x0000_3FFC	4B		RESERVED	Reserved for future use.

3.2、MSIP Registers (Offsets: 0x00000000 - 0x00003FF8)

每个 MSIP 寄存器都是一个 32 位宽的 WARL 寄存器，其中高 31 位连接为零。最低有效位反映在 mip CSR 的 MSIP 中。【通过向相应的 MSIP 寄存器写入 1 或 0 可以挂起或清除 HART 的机器级软件中断】。

在 MSWI 设备复位时，每个 MSIP 寄存器都被清零。

4、Supervisor-level Software Interrupt Device (SSWI)

【SSWI 设备为 RISC-V 平台上的一组 HART 提供 Supervisor 级 IPI 功能。它提供一个寄存器来为连接到 SSWI 设备的每个 HART 设置 IPI (SETSSIP)】。

在具有多个 SSWI 设备的 RISC-V 平台上，每个 SSWI 设备为不同（或不相交）的 HART 集提供 Supervisor 级 IPI 功能。 SSWI 设备为与其关联的每个 HART 分配一个从零开始的 HART 索引。 SSWI 设备分配给 HART 的 HART 索引可能与 RISC-V 特权架构分配给 HART 的唯一 HART 标识符 (hart ID) 有任何关系，也可能没有关系。

单个 SSWI 设备支持的最大 HART 数量为 4095，相当于 SETSSIP 寄存器的最大数量。

4.1、Register Map

Table 6. ACLINT SSWI Device 寄存器映射

Offset	Width	Attr	Name	Description
0x0000_0000	4B	RW	SETSSIP0	HART index 0 set supervisor-level IPI register
0x0000_0004	4B	RW	SETSSIP1	HART index 1 set supervisor-level IPI register
…	…	…	…	…
0x0000_3FFC	4B		RESERVED	Reserved for future use.

4.2、SETSSIP Registers (Offsets: 0x00000000 - 0x00003FF8)

每个 SETSSIP 寄存器都是一个 32 位宽的 WARL 寄存器，其中高 31 位连接为零。 SETSSIP 寄存器的最低有效位始终读取 0。**将 0 写入 SETSSIP 寄存器的最低有效位没有任何效果，而将 1 写入最低有效位会向相应的 HART 发送边沿敏感中断信号，导致 HART 置位 mip CSR 中的 SSIP。**对 SETSSIP 寄存器的写入保证反映在相应 HART 的 SSIP 中，但不一定立即反映。

注意：RISC-V 特权架构将 mip 和 sip CSR 中的 SSIP 定义为可写位，因此 M 模式或 S 模式软件可以直接清除 SSIP。