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第三章 你应该知道的硬件知识3.1 APIC和PIC共存下的系统PIC彻底走进历史的日子已经不远，Windows已经开始叫嚣要放弃对PIC系统的支持，新的架构也彻底和PIC说byebye（例如我们伟大的IA64^_^）。当然，PIC还会继续在单片机、嵌入式领域发挥余热，这就不是我们所能理会的了。但目前PIC和APIC共存的情况还普遍存在，MP spec为PIC和APIC共存的平台规定了三种模式：PIC mode、Virtual Wire Mode、Symmetric I/O Mode。笔者：Symmetric这个单词打着甚为麻烦，下文把Symmetric I/O Mode称为APIC mode。三种模式中，PIC mode和Virtual Wire Mode互斥存在，所谓有你没它。APIC mode是所有MP平台最终进入的模式。Spec规定，为了PC/AT compatibility，系统在RESET后首先进入PIC mode或者Virtual Wire mode，操作系统（或BIOS）在适当时候切换入APIC mode。3.1.1 PIC modeIMCR，Interrupt Mode Configuration Register，中断模式配置寄存器，控制当前系统的中断模式——PIC？还是APIC？当系统RESET后，该寄存器清0，系统默认进入PIC模式。此时BSP（Boot Startup Processor，多处理器系统中第一个启动的CPU）的NMI和INTR脚为硬连线，直接从外部接入，不经过APIC。下图显示了这个结构：
图3-1 PIC模式中断连接图注意图中的虚线，PIC模式下，外部中断通过PIC直接到达BSP的INTR脚，而NMI直接连接BSP的NMI脚。对IMCR写1，可将系统切换至APIC模式。此时外部中断直接通过APIC到达CPU，NMI则连接LAPIC的LINT1脚。题外话 —— IMCR的访问MP spec规定，I/O端口22h和23h用于支持IMCR寄存器。对22h端口写70h可选中IMCR，此时对23h端口读/写即可。此外，如果PIC mode没有实现，IMCR则可能没有实现。MP table的MP feature information字节的IMCRP bit报告平台是否有ICMR。笔者：IMCR和PIC mode可能已被埋入了历史的黄土。笔者查阅了ICH9（ICH即南桥）的spec，没有找到该寄存器的描述。Google了一下，除了mp spec其它地方都没提到它。窃以为，此物已死。3.1.2 Virtual Wire Mode顾名思义，该模式有一条“虚导线”。这条“虚导线”就是APIC——LAPIC或IOAPIC。除此之外，该模式和PIC模式没有大的区别。IOAPIC用作“虚导线”情况如下：
图3-2 Virtual Wire Mode —— IOAPIC如图虚线，外部中断通过PIC连接的IOAPIC管脚，最终到达BSP。当然，连接PIC的这个管脚需要被配置成ExtINT模式。笔者：spec对IOAPIC用作Virtual Wire的描述只有寥寥数语。根据前面介绍IOAPIC的内容，我们来猜测一下IOAPIC是什么样的。首先，IOAPIC的PRT表已经配置好了，不然无法向LAPIC发中断消息。其次由于外部中断即连接PIC又连接IOAPIC，为了避免出现中断复接的情况，IOAPIC中除了连接PIC的管脚，其它的都应该被mask。连接PIC的管脚delivery mode配置成ExtINT。再来猜猜PIC是什么样的。图中没有话出，但PIC的INTA脚肯定是连到了BSP的，因为对于配置成ExtINT的中断消息，CPU要通过INTA脚应答PIC，并接收中断的vector …… 以上纯属个人猜测LAPIC用作Virtual Wire的情况：
图3-3 Virtual Wire Mode —— LAPIC还是看图中虚线，这次PIC接的是BSP的LINT0脚，当然，该管脚也要配置成ExtINT模式。笔者：MP spec没说如何从Virtual Wire Mode切换到APIC模式。我们再猜测一下，重新配置模式为ExtINT（LAPIC或IOAPIC）的管脚，将PIC的所有管脚mask掉？3.1.3 APIC mode没什么好说的，直接看图：
图3-4 APIC mode一个要求，进入APIC模式后要将PIC的所有管脚mask掉。
图3-1 PIC模式中断连接图注意图中的虚线，PIC模式下，外部中断通过PIC直接到达BSP的INTR脚，而NMI直接连接BSP的NMI脚。对IMCR写1，可将系统切换至APIC模式。此时外部中断直接通过APIC到达CPU，NMI则连接LAPIC的LINT1脚。题外话 —— IMCR的访问MP spec规定，I/O端口22h和23h用于支持IMCR寄存器。对22h端口写70h可选中IMCR，此时对23h端口读/写即可。此外，如果PIC mode没有实现，IMCR则可能没有实现。MP table的MP feature information字节的IMCRP bit报告平台是否有ICMR。笔者：IMCR和PIC mode可能已被埋入了历史的黄土。笔者查阅了ICH9（ICH即南桥）的spec，没有找到该寄存器的描述。Google了一下，除了mp spec其它地方都没提到它。窃以为，此物已死。3.1.2 Virtual Wire Mode顾名思义，该模式有一条“虚导线”。这条“虚导线”就是APIC——LAPIC或IOAPIC。除此之外，该模式和PIC模式没有大的区别。IOAPIC用作“虚导线”情况如下：图3-2 Virtual Wire Mode —— IOAPIC如图虚线，外部中断通过PIC连接的IOAPIC管脚，最终到达BSP。当然，连接PIC的这个管脚需要被配置成ExtINT模式。笔者：spec对IOAPIC用作Virtual Wire的描述只有寥寥数语。根据前面介绍IOAPIC的内容，我们来猜测一下IOAPIC是什么样的。首先，IOAPIC的PRT表已经配置好了，不然无法向LAPIC发中断消息。其次由于外部中断即连接PIC又连接IOAPIC，为了避免出现中断复接的情况，IOAPIC中除了连接PIC的管脚，其它的都应该被mask。连接PIC的管脚delivery mode配置成ExtINT。再来猜猜PIC是什么样的。图中没有话出，但PIC的INTA脚肯定是连到了BSP的，因为对于配置成ExtINT的中断消息，CPU要通过INTA脚应答PIC，并接收中断的vector …… 以上纯属个人猜测LAPIC用作Virtual Wire的情况：图3-3 Virtual Wire Mode —— LAPIC还是看图中虚线，这次PIC接的是BSP的LINT0脚，当然，该管脚也要配置成ExtINT模式。笔者：MP spec没说如何从Virtual Wire Mode切换到APIC模式。我们再猜测一下，重新配置模式为ExtINT（LAPIC或IOAPIC）的管脚，将PIC的所有管脚mask掉？3.1.3 APIC mode没什么好说的，直接看图：图3-4 APIC mode一个要求，进入APIC模式后要将PIC的所有管脚mask掉。