MSI是什么？

MSI(Message Signaled Interrupts)是一种中断方式, 依靠设备将一小段中断描述数据写入特定地址 【注一】来通知CPU中断的产生。

MSI从PCI 2.2开始支持, 在PCI 3.0中得到扩展. 支持更多中断以及拥有独立配置各个中断能力的MSI-X则从PCI 3.0开始被支持.

 

注一：这里写入数据，并不是device可以直接向cpu发送数据作为中断的一部分。 而是写到MMIO（memory mapped IO)地址的数据是给chipset的，chipset读取这段数据来决定说发送什么样的中断给某个CPU。Device是没有办法直接利用这段数据给interrupt handler传递更多的信息的。

MSI是设备端通过向Host发MSG的方式产生IRQ request,在送达Host/PCI桥之前它和普通的Memory Write 并没有区别，Host收到以后再将该Memory Write转化成Interrupt送到各个CPU.

 

 

MSI的优点：

1. 相对于基于引脚的中断响应方式的性能优势：

    传统中断的中断引脚 常常被多个设备共享，当中断触发时, 内核必须依次触发每个设备相应的中断处理（interrupt  service  route)

   来确定是哪个设备产生的，这必将损失系统的整体性能.  每个MSI中断属于设备所独有，因此不会产生共享中断带来的性能损失。

2. MSI增加了中断的数目：

    传统基于引脚的中断每个设备最多4个中断引脚，对于多功能PCI设备而言，每一个功能最多只有一个中断引脚。设备驱动程序必须查询设备产生

    的具体事件，势必降低中断处理速度。而MSI中断中，一个设备可以支持最多32个MSI中断，每个中断有其特定功能，那么驱动程序在处理如数  据收发中断时使用单独的中 断就更有效率。

3. 数据写入内存与中断触发是串行的：

   在传统中断中，中断通常是设备发送完数据后，给cpu一个中断请求，通知cpu进行处理。但是这里有个问题，PCI设备本来是要在将

   数据写到内存后，然后发送一个中断表明DMA写操作完成了，但是为了不打扰到其他内存的使用，PCI 网桥或者内存控制器可能会延迟写数据操作，这时候中断却已经到达cpu了，那么就可能导致cpu从内存读取了错误的数据【注二】。为了阻止这样超期的情况发生，interrupt handlers必须从设备读取寄存器（轮询方式）来保证DMA写操作已经完成，数据已经到达内存，但是这会使性能降低。MSI中断与main data path共享同一通道，并且是先发生特定数据到MMIO, 然后才决定中断发生，有严格的顺序，并且不用去轮询设备寄存器，提升了性能。

 

注二： 传统的基于引脚的中断使用专用的通道来发生中断控制信息，与main data path是分开的，所以也会出现上述延迟情况，从而出现了超期现象.

 

 

如何在Linux下使用MSI？

PCI设备默认以基于引脚的中断响应方式初始化, 然后由驱动来检测是否支持MSI并决定是否启用, 如果启用MSI失败则会回退到基于引脚的中断响应方式.

下面是关于MSI的几个重要的内核函数:

  • 启用MSI并给设备分配一个中断: int pci_enable_msi(struct pci_dev *dev)
  • 允许驱动申请minvec至maxvec个中断: int pci_enable_msi_range(struct pci_dev *dev, int minvec, int maxvec)
  • 获取设备申请的中断向量个数:  int pci_msi_vec_count(struct pci_dev *dev)
  • 禁用MSI, 回退到基于引脚的中断响应方式:  void pci_disable_msi(struct pci_dev *dev)