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RISC-V CLINT、PLIC及芯来ECLIC中断机制分析 —— RISC-V中断机制（一）

ds 2025/5/10 11:08:21

在长期的嵌入式开发实践中，对中断机制的理解始终停留在表面层次，特别当开发者长期局限于纯软件抽象层面时，对中断机制的理解极易陷入"知其然而不知其所以然"的困境，这种认知的局限更为明显；随着工作需要不断深入底层技术，对硬件机制的了解逐渐加深，并积累了大量的学习笔记。借此机会，我将这些零散的知识进行系统化梳理，既是对自身知识的复盘，也希望能为相关领域的开发者提供些许帮助和参考。关于RISC-V中断机制的分析，本文将从硬件实现原理和软件应用以下两个方面来展开介绍：

RISC-V CLINT、PLIC及芯来ECLIC中断机制分析 —— RISC-V中断机制（一）
ECLIC中断流程及实际应用 —— RISCV中断机制（二）

背景

RISC-V 的中断控制器（CLINT+PLIC）以 简洁模块化 为核心，CLINT 负责本地定时器/软件中断，PLIC 管理外部设备优先级，逻辑清晰易实现。相比之下，ARM GIC 为满足复杂场景迭代多年，功能完备但配置繁琐，历史兼容性导致接口臃肿。RISC-V 通过标准化接口降低开发门槛，但其设计合理性仍需市场长期验证；ARM 则凭借成熟生态在工业级应用中占据优势。下面就来一起学习下RISCV的中断机制。

RISC-V把中断类型分为内部和外部中断，其中内部中断包括：软件中断和定时器中断；外部中断则是由外设触发的中断。
在这里插入图片描述
在RISC-V架构中，CLINT（Core-Local Interruptor）和PLIC（Platform-Level Interrupt Controller）是两类功能互补的中断控制器，分别负责本地中断和全局中断的管理。
在这里插入图片描述
CLINT只负责处理软件中断和时钟中断，因为这两个中断是RISC-V架构中定义的。经过CLINT不需要进行任何的仲裁，直接将中断（Software与Timer）送入RISC-V核中。

1 CLINT（Core-Local Interruptor）

CLINT并未未被单独列为RISC-V特权架构的独立章节，但其功能通过机器模式（M-mode）的CSR寄存器间接定义

1.1 核心功能

CLINT专用于管理本地中断，包括两类：

  • 软件中断（Software Interrupt）：通过写特定寄存器（MSIP/SSIP）触发，常用于多核系统中的核间通信（IPI）。
  • 定时器中断（Timer Interrupt）：通过mtime（mtime_hi, mtime_lo）（计时器）和mtimecmp(mtimecmp_hi, mtimecmp_lo)（比较器）触发周期性中断。

1.2 设计特点

  • 无优先级仲裁：所有中断直接触发，响应速度快，但无法处理优先级冲突。
  • 与CPU核心绑定：CLINT直接关联到单个CPU核心（Hart），适用于单核或轻量级多核系统。
  • 操作模式：
    • 直接模式：所有中断和异常跳转到固定入口地址（mtvec.BASE），需软件判断中断源。
    • 向量模式：中断跳转到向量表索引对应的地址，硬件自动处理中断号，减少软件开销。

1.3 相关寄存器

  • MSIP寄存器：用于生成软件中断，通过写最低有效位触发。
  • mtime/mtimecmp：64位寄存器，控制定时器中断的触发时机。

1.4 标准化状态

由于CLINT无优先级仲裁、多核支持不足、扩展性不好等等，实际上各架构设计公司并未直接使用，而是对其做了改进，比如sifive的ACLINT（Advanced CLINT）

  1. 模块化设计：
    • 将CLINT拆分为MTIMER（机器级定时器）和MSWI（机器级软件中断）模块，支持独立配置和扩展。
    • 新增SSWI（监管者级软件中断），为Supervisor模式提供中断支持。
  2. 多核优化：
    • 为每个CPU核心（Hart）分配独立的定时器和软件中断寄存器，避免资源竞争。
    • 支持高效的核间通信（IPI），通过写目标Hart的MSWI寄存器触发中断。
  3. 向后兼容：
    • ACLINT的寄存器布局与SiFive早期CLINT实现完全兼容，原有代码无需修改即可运行。
    • mtime和mtimecmp寄存器地址与传统CLINT一致。

这里只是简单概括下ACLINT，感兴趣移步https://github.com/riscvarchive/riscv-aclint学习，另ACLINT已成为RISC-V官方标准化模块。
另外后续回详细介绍芯来科技的ECLIC，所以这里对CLINT也不做很过多说明。

2 PLIC（Platform-Level Interrupt Controller）

PLIC(platform-level interrupt controller)，平台级中断控制器。用来将外部的全局中断请求处理后转至中断目标。PLIC理论上支持1023个外部中断源和15872个上下文，但真实设计实现时一般不需要这么多。

我们可以把PLIC看做医院的分诊台护士，把中断目标看做值班医生，而外部中断请求就像前来就诊的病人。

如果所有病人一窝蜂挤进诊室，医生会手忙脚乱无法高效诊断。因此，医院设置了分诊台：

  • 分诊规则：护士（PLIC）根据病人（中断）的紧急程度（优先级）、科室开放状态（中断使能）和医生接诊能力（阈值），动态安排就诊顺序。
  • 智能调度：护士只放行最危急的病人（如心脏病突发）进入诊室，普通感冒患者需排队等待。
  • 资源隔离：不同医生（多核处理器）可独立配置接诊规则（如外科医生不处理眼科患者），避免任务冲突。

2.1 基本介绍

  1. 核心功能
    PLIC负责管理全局外部中断，如GPIO、UART等外设中断，支持多核系统的优先级仲裁。

  2. 设计特点

    • 优先级仲裁：支持中断优先级配置、阈值设置和Claim/Complete机制，确保高优先级中断优先响应。
    • 多核支持：可为每个Hart的不同特权模式（如M-mode、S-mode）分配独立的中断上下文。
    • 内存映射寄存器：通过基地址访问中断优先级（priority）、使能（enable）、挂起（pending）等寄存器。

  3. 中断处理流程

    • 中断触发：外设向PLIC发送中断信号。
    • 优先级仲裁：PLIC根据优先级和阈值选择最高优先级中断。
    • 中断响应：Hart读取claim寄存器获取中断ID，处理完成后写入complete寄存器。

  4. 标准化状态

    • PLIC已从RISC-V特权文档中分离，成为独立规范，托管于GitHub仓库https://github.com/riscv/riscv-plic-spec。
    • 支持最多1023个中断源和15872个上下文（Hart+特权模式组合）
      在这里插入图片描述

2.2 PLIC原理

在这里插入图片描述
通用PLIC操作参数寄存器块，具体包括：

  • Interrupt Priorities registers：
    中断优先级寄存器，每个中断源的中断优先级。
  • Interrupt Pending Bits registers:
    中断待处理位寄存器：每个中断源的中断等待状态。
  • Interrupt Enables registers:
    中断使能寄存器：每个上下文的中断源使能。
  • Priority Thresholds registers:
    优先级阈值寄存器：每个上下文的中断优先级阈值。
  • Interrupt Claim registers:
    中断请求寄存器：用于获取每个上下文的中断源ID的寄存器。
  • Interrupt Completion registers:
    中断完成寄存器：用于向门控关发送中断完成消息的寄存器。

  1. 中断汇聚与标准化接口

    • 统一接入：所有外设中断（如UART、GPIO、DMA等）均接入PLIC，形成全局中断池，而非直接连接处理器核心。
    • 标准化管理：PLIC为每个中断源分配唯一ID，并通过内存映射寄存器提供统一配置接口（优先级、使能、目标核心等）。

  2. 可编程优先级仲裁

    • 动态配置：用户可通过寄存器配置以下参数：
      • 中断优先级（Priority）：数值越大优先级越高（如0为禁用，1~7为可配置等级）。
      • 目标核心阈值（Threshold）：每个处理器核心（Hart）仅响应优先级高于阈值的中断。
      • 中断使能（Enable）：按需开启/屏蔽特定中断源。
    • 仲裁规则：
      • 筛选所有已使能且优先级高于目标阈值的中断。
      • 选择优先级最高的中断（若优先级相同，按中断ID升序裁决）。
      • 将胜出中断路由至目标核心，触发中断服务程序（ISR）。

  3. 中断处理与状态维护

    • Claim/Complete机制：
      • Claim阶段：目标核心读取PLIC的claim寄存器获取中断ID，PLIC自动标记该中断为“处理中”，防止重复触发。
      • Complete阶段：核心处理完成后，向complete寄存器写入同一中断ID，PLIC清除挂起状态，允许后续中断触发。
    • 多核支持：支持为每个核心分配独立的中断上下文（Context），实现多核系统的负载均衡与中断隔离。

2.3 中断流程

在这里插入图片描述
相关名词：

  • 外部中断源：如UART、GPIO等外设，产生中断请求。
  • 中断Gateway：外设与PLIC之间的接口模块，负责初步处理中断信号。
  • PLIC内核：全局中断控制器，执行优先级仲裁与路由。
  • 中断目标：处理器核心（Hart），负责执行中断服务程序（ISR）。

  1. 步骤1：中断触发与Gateway处理

    • 中断触发：外设（如UART接收完成）产生中断信号，向与其绑定的中断Gateway发送请求。
    • Gateway响应：Gateway接收请求后，执行以下操作：
      • 设置Pending位：将对应外设的中断挂起标志（Pending Bit）置位，标记该中断等待处理。
      • 转发至PLIC：将中断请求提交给PLIC内核，等待仲裁。

  2. 步骤2：PLIC仲裁与中断通知

    • PLIC仲裁：PLIC根据以下配置参数筛选并裁决中断：
      • 优先级（Priority）：数值越高中断越优先。
      • 使能状态（Enable）：仅处理已使能的中断源。
      • 目标阈值（Threshold）：仅转发优先级高于目标核心阈值的中断。
      • 仲裁规则：优先级最高者胜出（优先级相同则中断ID较小者优先）。
    • 通知中断目标：PLIC将仲裁胜出的中断请求发送至目标处理器核心，触发核心进入中断处理流程。

  3. 步骤3：中断认领与处理

    • Claim操作：
      目标核心通过读取PLIC的claim寄存器获取中断ID，触发以下行为：
      • 清除Pending位：PLIC自动清除该中断在全局队列中的挂起状态（不涉及外设自身的Pending位）。
      • 锁定Gateway：Gateway暂时禁止同一外设的新中断进入PLIC（防止重复仲裁），直到收到完成通知。
    • 执行中断服务程序（ISR）：核心根据中断ID跳转至对应的ISR，完成外设请求的具体处理（如读取UART数据）。

  4. 步骤4：中断完成与资源释放

    • Complete操作：ISR执行完毕后，核心向PLIC的complete寄存器写入中断ID，触发以下操作：
      • 释放Gateway：Gateway收到完成信号后，重新允许该外设的新中断请求进入PLIC。
      • 更新PLIC状态：PLIC标记该中断处理完成，可参与后续仲裁。

2.4 PLIC寄存器

不同的处理器会给PLIC不同的基址（base），程序访问的地址采用base+offset的方式访问。

2.4.1. 中断源优先级寄存器

地址偏移（Hex）中断源（ID）功能描述
0x000000无（保留）中断源0不存在，保留空间
0x0000041中断源1的优先级配置
0x0000082中断源2的优先级配置
………
0x000FFC1023中断源1023的优先级配置
  • 功能：标记中断请求的等待处理状态。
    • 置位条件：外设触发中断时自动置1。
    • 清除条件：读claim寄存器会清除pending位

2.4.3. 中断使能位（Enable Bits）

地址偏移（Hex）上下文（Context）中断源范围功能描述
0x00200000–31上下文0的中断源0~31使能位
0x002004032–63上下文0的中断源32~63使能位
…………
0x00207C0992–1023上下文0的中断源992~1023使能位
0x00208010–31上下文1的中断源0~31使能位
0x002084132–63上下文1的中断源32~63使能位
…………
0x1F1FFC15871992–1023上下文15871的中断源992~1023使能位

PLIC 通过连续32位使能寄存器组管理全局中断的启用状态，每个寄存器对应32个中断源，排列方式与挂起位一致

2.4.4. 优先级阈值、声明、完成寄存器

地址偏移（Hex）上下文（Context）功能描述
0x2000000上下文0的优先级阈值配置
0x2000040上下文0的中断声明（Claim）与完成（Complete）
0x2010001上下文1的优先级阈值配置
0x2010041上下文1的中断声明与完成
………
0x3FFF00015871上下文15871的优先级阈值配置
0x3FFF00415871上下文15871的中断声明与完成

  1. 优先级阈值寄存器
    PLIC为每个上下文（Hart+特权模式）提供优先级阈值寄存器（WARL字段），用于设定最低响应优先级。所有优先级≤阈值的中断将被屏蔽。例如：

    • 阈值为0时，允许所有非零优先级中断通过。
    • 阈值设为最大值时，完全禁止中断通知，核心可通过轮询claim寄存器主动查询中断。
      阈值机制平衡了实时性与中断负载，优先级范围由具体实现决定。

  2. 声明寄存器（Claim）
    核心通过读取claim寄存器触发中断认领操作，流程如下：

    • PLIC原子性确定目标上下文中最高优先级的中断ID，并清除其全局挂起位（Pending Bit）。
    • 若无待处理中断则返回ID=0。
    • 即使核心未收到中断通知（EIP未置位），仍可主动发起认领，实现灵活轮询。
      此操作不受阈值限制，但优先级≤阈值的中断不会参与仲裁。

  3. 完成寄存器（Complete）
    核心处理完中断后，向complete寄存器写入中断ID，触发以下行为：

    1. PLIC不校验ID是否匹配或有效，若ID无效则静默忽略。
    2. 网关收到完成信号后，允许对应中断源提交新请求。
    3. 若未完成操作，网关将阻塞同一中断源的新请求，确保原子性。

完成机制与声明操作协同，形成“认领-处理-释放”闭环。

3 芯来ECLIC

3.1 蜂鸟E200处理器的中断接口

我们先来看下蜂鸟E200处理器的中断接口
在这里插入图片描述

  • 在处理器顶层接口中有 根中断输入信号，分别是软件中断、计时器 中断、外部中断和调试中断。
  • Soc 的 CLINT 模块产生 根软件中断信号和 根计时器中断信号，通给蜂鸟 E200 处理器核
  • soc 的PLIC 接入 个外部中断源将其仲裁后生成 根外部中断信号，通给蜂鸟 E200 处理器核
  • Soc 层面的调试模块生成 根调试中断，通给蜂鸟 E200 处理器核
  • 所有的中断信号均由蜂鸟 E200 处理器核的交付模块进行处理

硬件源码感兴趣的同学移步：https://github.com/SI-RISCV/e200_opensource

3.2 ECLIC

ECLIC（Enhanced Core-Local Interrupt Controller）是芯来科技（Nuclei）基于 RISC-V 社区提出的 CLIC（Core-Local Interrupt Controller）扩展提案 设计的增强型中断控制器，后续ECLIC也是芯来商用的内核的核心中断控制器架构。

另外CLIC 目前是 RISC-V 社区提出的 扩展提案，尚未正式纳入 RISC-V 特权架构规范（Privileged Specification）感兴趣可以参考：https://github.com/riscv/riscv-fast-interrupt。这里不做具体介绍

相较于标准 CLIC，ECLIC 在以下方面进行了增强：

  1. 中断咬尾（Tail-Chaining）技术：
    • 通过硬件指令（如 JALMNXTI）实现零延迟中断切换，减少上下文保存与恢复的开销。
    • 示例场景：当低优先级中断 B 在中断 A 处理时触发，处理完A的服务程序后，直接跳转至 B 的服务程序，无需退出 A 的上下文。
  2. 扩展中断号与优先级范围：
    • 支持更多中断源（如外部中断号扩展至 19~4095），适配复杂外设场景。
    • 优先级阈值与动态调整机制，优化实时任务响应。
  3. 硬件加速指令集成：
    • 自定义指令优化中断处理流程，例如单指令完成中断挂起位清除与优先级更新。
  4. 低功耗设计：
    • 在中断空闲时自动进入低功耗状态，减少嵌入式设备的能耗。

优点
避免传统多控制器（CLINT+PLIC）的复杂协同问题，简化芯片设计。

3.2.1 中断接口连线

在这里插入图片描述
0-18中断号用于内部中断，19~4095中断号用于外部中断，注意中断的编号与中断的优先级是没有关系的。

其中：

  • 1、3号中断是内核TIMER单元生成的软件中断。
  • 5、7号中断是内核TIMER单元生成的计时器中断。

uCore在M模式下处理mtime_irq和msip，在S模式下处理stime_irq和ssip。

3.2.2 ECLIC逻辑结构

在这里插入图片描述
有几点需要注意的是：

  • 1、ECLIC单元只服务于一个core，且在核心内部是私有的
  • 2、需要通过将CSR寄存器mtvec的LSB位设置为ECLIC模式来启用ECLIC（MTVEC寄存器配置）
  • 3、ECLIC在功能上与PLIC互斥。

ECLIC单元用于仲裁多个内部和外部中断，向核心发送中断请求，并支持中断抢占。

3.2.3 ECLIC相关概念

和通用中断设计一样也有一系列的概念描述，下面简单说明下

  1. 中断目标
    如3.2.2中图所示ECLIC单元通过一条线路将中断源仲裁给处理器核心（作为中断目标）

  2. 中断源
    ECLIC单元最多可支持4096个中断源。

  3. 中断源ID
    ECLIC单元为每个中断源分配了一个唯一的ID。例如，如果ECLIC单元的硬件实现确实配置为支持4096个中断，则该ID应为0到4095。
    **NOTE：**在Nuclei处理器核心中，0到18的中断ID预留用于核心指定的内部中断。3和7在所有Nuclei处理器核心中固定为软件中断和定时器中断。某些Nuclei核心可能有更多内部中断。

3.2.4 ECLIC寄存器

eclic相对core的基址是0x20000
在这里插入图片描述
ECLIC中的寄存器和相应的偏移量

偏移量 (Offset)权限 (Permission)寄存器名称 (Register)位宽 (Width)说明
0x0000MRW/SROcliccfg8-bit配置寄存器，控制ECLIC全局行为（优先级位宽）。
0x0004SROclicinfo32-bit只读信息寄存器，包含ECLIC硬件实现信息（优先级位宽、实际中断源数量）。
0x000BMRWmth8-bit机器模式阈值寄存器，设置当前上下文的中断响应优先级阈值。
0x1000 + 4*iMRWclicintip[i]8-bit中断挂起寄存器组，标记中断源 i 的挂起状态（Pending Bit）。
0x1001 + 4*iMRWclicintie[i]8-bit中断使能寄存器组，控制中断源 i 是否启用。
0x1002 + 4*iMRWclicintattr[i]8-bit中断属性寄存器组，配置中断源 i 的触发方式（边沿/电平）和模式（向量/非向量）。
0x1003 + 4*iMRWclicintctl[i]8-bit中断控制寄存器组，设置中断源 i 的优先级（Priority Level）。

上述“i”表示中断ID、ECLIC注册仅支持对齐访问、ECLIC寄存器的地址空间为0x0000到0x FFFF的范围

  • MRW：机器模式可读写（Machine Read-Write）。
  • SRO：监管者模式只读（Supervisor Read-Only）。

  1. cliccfg
    cliccfg寄存器是一个全局配置寄存器，用来控制中断级别和优先级。芯来官方spec有具体说明，感兴趣可以自行学习。

  2. clicinfo
    clicinfo寄存器是一个全局信息寄存器，软件通过读取该寄存器查询全局参数。
    一般cliccfg配置会基于从clicinfo获取到的信息。

  3. mth
    mth寄存器用于设置目标中断阈值水平。

    • 作用：mth（Machine Threshold Register）寄存器用于设置当前上下文（Context）的中断响应优先级阈值，仅允许优先级高于该阈值的中断触发处理器响应。
    • 例如：设置 mth = 3：仅优先级 ≥4 的中断会触发处理器处理。

  4. clicintip[i]
    用于标记 中断源的挂起状态，即记录哪些中断请求已触发但尚未被处理器响应或处理。

    • 如果一个中断源的IP位为1，则表示触发了该中断。
    • 对于边沿触发中断源，硬件本身可以清除IP位。
    • 如果中断源设置为电平触发，IP位实时反映中断源的电平，

  5. clicintie[i]
    用来控制对应中断号的使用，
    如果clicintie[i]寄存器被编程为0，则表示该中断源被屏蔽。反之表示中断被使能

  6. clicintattr[i]
    用于设置1、中断源的电平或边沿触发属性 2、中断是向量型还是非向量型

  7. clicintctl[i]
    ECLIC中断级别和优先级，受cliccfg的影响。

    • 级别值（Level）越大，优先级越高
    • 优先级值（Priority）越大，优先级越高
    • 中断ID越大，优先级越高

芯来官方ISA spec有具体说明，感兴趣可以自行找来深入学习

3.2.5 ECLIC中断仲裁机制

  1. 中断参与仲裁的前提是：

    • 1、对应中断使能打开
    • 2、对应penging位置起（中断触发）

  2. 仲裁原则是：

    • 1、检查中断Level，中断源的Level越大，仲裁优先级越高。
    • 2、如果Level相同，则检查Priority，优先级值较大的中断源具有更高的仲裁优先级。
    • 3、如果电平和优先级都相等，则考虑ID。中断ID较大的中断源具有更高的仲裁优先级。

3.2.6 向量（Vectored）和非向量（Non-Vectored）中断

在CLIC模式下，每个中断源可以配置为向量处理模式或非向量处理模式（通过ECLIC寄存器clicintattr[i]的shv字段）。

  1. 向量中断（Vectored Interrupts）

    • 定义：每个中断源拥有独立的中断服务程序（ISR）入口地址，硬件根据中断 ID 直接跳转至对应入口，无需软件判断中断源。
    • 核心特性：
      • 硬件自动跳转：中断触发后，ECLIC 根据中断源 ID 直接定位 ISR 入口地址。
      • 低延迟：省去软件查询中断源的时间，显著提升实时性。
      • 向量表配置：需预先在内存中定义中断向量表，存储各中断源的 ISR 地址。

  2. 非向量中断（Non-Vectored Interrupts）
    定义与机制
    • 定义：所有中断共享一个公共入口地址，软件需读取中断挂起寄存器（Pending Bits）判断具体中断源，再分派至对应 ISR。
    • 核心特性：
    ○ 统一入口：所有中断触发后均跳转至同一入口地址。
    ○ 软件分派：通过读取 CLICINTIP 或 CLICCLAIM 寄存器确定中断源。
    ○ 灵活性高：适合中断源动态变化或资源受限的系统。

对于具体的实现可以参考 ECLIC中断流程及实际应用 —— RISCV中断机制（二）。

3.2.7 中断抢占（Preemption）和中断咬尾（Tail-Chaining）

CLINT模式下，core不支持中断抢占和中断咬尾的。芯来科技设计的增强型中断控制器，在 RISC-V 标准 CLIC 基础上优化了中断响应效率，二者协同工作以实现低延迟和高实时性的中断处理

1. 中断抢占（Preemption）
如果处于CLIC模式，当核心正在处理一个中断时，可能会有更高优先级的新中断请求，此时核心可以停止当前的中断服务例程，开始处理新的中断并执行其“中断服务例程”。因此，形成了中断抢占（即前一个中断尚未返回，而新中断已被抢占），并且可能存在多层嵌套。

定义与机制：

  • 定义：高优先级中断可抢占当前正在处理的低优先级中断，立即获得处理器执行权。
  • 触发条件，新到达的中断满足以下条件：
    1. 优先级更高：新中断的 Level + Priority 组合高于当前中断。
    2. 阈值允许：新中断的优先级高于当前上下文的阈值（mth 寄存器配置）。
    3. 中断使能：新中断在 CLICINTIE[i] 中被启用。

抢占流程：

  1. 抢占检测：ECLIC 硬件实时监控中断队列，发现更高优先级中断时触发抢占。
  2. 上下文保存：当前中断的上下文（如寄存器状态）被压栈保护。
  3. 执行新中断：处理器跳转至新中断的服务程序（ISR）入口。
  4. 恢复原中断：新 ISR 执行完成后，恢复原中断的上下文并继续执行。

NOTE：向量中断和非向量中断的中断抢占是有区别的，具体参考 ECLIC中断流程及实际应用 —— RISCV中断机制（二）。

  1. 中断咬尾
    如果在CLIC模式下，核心正在处理一个中断时，启动一个新的中断请求，但是新请求的级别不高于处理的请求，因此新的中断请求不能抢占处理的请求。在处理完当前中断后，理论上需要恢复上下文，然后退出中断服务例程，返回主程序，然后处理新的中断。“尾链”可以节省这种背靠背的“上下文保存”和“上下文恢复”的成本。

定义与机制：

  • 定义：当新中断到达时，若其优先级 不高于当前中断，但当前中断已处理完成，ECLIC 硬件直接跳转至新中断的 ISR，跳过上下文恢复与再保存的开销。
  • 触发条件：
    1. 新中断优先级 ≤ 当前中断优先级。
    2. 当前中断的 ISR 已执行完毕（ECLIC_CLAIM 完成操作）。

咬尾流程：

  1. 中断完成：当前 ISR 执行 ECLIC_CLAIM 完成操作，释放中断源。
  2. 检测新中断：ECLIC 检测到挂起的新中断，优先级 ≤ 当前中断。
  3. 直接跳转：硬件直接加载新 ISR 的入口地址，不恢复原上下文（因原上下文已处理完毕）。

NOTE：只有非向量中断才支持中断咬尾功能，具体参考 ECLIC中断流程及实际应用 —— RISCV中断机制（二）。

  1. 抢占与咬尾的协同作用
场景抢占机制咬尾机制
高优先级中断到达立即抢占当前中断不触发
同优先级中断连续到达不触发直接跳转至下一个中断
低优先级中断到达不触发等待当前中断完成后触发咬尾

协同流程示例：

  1. 中断 A（Level=2）正在执行。
  2. 中断 B（Level=3）到达 → 触发抢占，保存 A 的上下文，执行 B。
  3. 中断 C（Level=2）在 B 执行期间到达 → 不满足抢占条件，挂起等待。
  4. B 执行完成 → 检测到挂起的 C，触发咬尾，直接跳转至 C 的 ISR。
  5. C 执行完成 → 恢复 A 的上下文，继续执行。

ECLIC 通过 中断抢占 和 中断咬尾 机制，显著优化了中断响应效率：

  • 抢占 确保高优先级任务即时响应，适合安全关键型应用。
  • 咬尾 减少冗余的上下文操作，适合高频、连续中断场景。

开发者需结合具体需求，合理配置 Level、Priority 和阈值，并利用芯来提供的自定义指令（ jalmnxti）和特权寄存器CSR_JALMNXTI最大化硬件加速潜力，具体参考 ECLIC中断流程及实际应用 —— RISCV中断机制（二）。

4 CLINT、PLIC、ECLIC区别总结

这里总结不是简单罗列，也是尽量补充些前面没提到的。

CLINT其实没什么可以多总结的，就是负责管理内部中断（软件中断和定时器中断），ECLIC是相当于对本地和全局中断上做了整合，相当于CLINT+PLIC的结合；在单core下确实可以这么认为，但现在大多数的芯片都是多个core，所以ECLIC并不能直接替代CLINT+PLIC。

实际上ECLIC也只是本地中断管理，也就是说在多core的情况下，每个core都有一个ECLIC，此时外部来了一个中断要分给哪个core呢?

4.1 单core下的中断接线架构

  • 单核下仅配置了PLIC和CLINT
    在这里插入图片描述
  • 单核下仅配置了ECLIC
    在这里插入图片描述
    可以看到单核下eclic确实可以直接完成PLIC+CLINT的工作

4.2 多核（SMP）中断接线图

在这里插入图片描述
图示为多核情况下为配置了PLIC和ECLIC，外部进来的中断可以通过PLIC直接分发给各个core，而ECLIC则需要一个CIDU（Cluster Interrupt Distribution Unit ）分发给特定core内部的ECLIC，仲裁后再给core处理

ECLIC没有PLIC的门控或者说路由功能，需要CIDU协助，理论上SMP多核可以完全通过CIDU+ECLIC来取代PLIC+CLINT，AMP多核则可以在CLUSTER外部在加一级soc平台级别IDU来完成；但实际上是还要看芯片的复杂程度和最终的应用。这可能也是芯来科技做ECLIC方案的原因之一吧。

简单总结一下：

特性PLICECLIC
中断类型仅外部中断本地中断 + 外部中断
优先级机制单一优先级（0~7）Level + Priority 分层仲裁
延迟优化中等（需仲裁和 Claim 操作）极低（抢占 + 咬尾机制）
多核协同依赖核间中断（IPI）CIDU 来支持中断分发
适用场景通用多核系统（服务器、网关）实时嵌入式系统（工业控制、自动驾驶）

问题

最后这里留个问题：为什么多核服务器和网关推荐使用PLIC呢？

我认为原因有二：

  • 1、当前linux操作系统不支持中断抢占，PLIC的Claim/Complete 机制，确保PLIC中断处理的原子性，而ECLIC的中断抢占和咬尾正是其优势所在。
  • 2、linux对PLIC驱动做了适配，无需重复造轮子（可以通过idu+eclic配合保证中断处理的原子性，linux已经做了PLIC的驱动的适配，所以也没必要再折腾）

有问题及不足之处，还请各位大佬补充。

参考：
RISV ISA spec
riscv-plic-spec
riscv-fast-interrupt
Sive ACLINT spec
芯来科技N级别指令集架构
RISC-V SiFive U54内核——中断和异常详解

http://www.xdnf.cn/news/5216.html

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