ARM SMMUv3故障和错误（五）

1.概述

SMMU有三种方式将故障和错误（Faults and Errors）报告给软件，具体如下：

1. 提交给SMMU命令在某些情况下不正确时，命令队列有机制报告这些错误。
2. 事件队列中记录了一些错误和故障。包括了来自设备流量（traffic）引起的错误和故障，比如配置错误或者设备地址引起的缺页异常。
3. 一种基于全局寄存器的SMMU_GERROR机制用于上报以下情况引发的事件：当无法将记录写入事件队列或PRI队列时，以及其他无法写入内存的灾难性事件。这种情况可能发生在事件队列指针错误的指向不存在的内存，或发生队列溢出的情况下。

2.命令队列错误

命令队列中的消费者读指针寄存器如下图所示，RD保存命令队列读取索引，ERR保存错误码。当有命令错误时，SMMU会将错误码保存到ERR区域，同时触发SMMU_GERROR.CMDQ_ERR中断，通知CPU处理。

位域	名称	意义
[19:0]	RD	命令队列读取索引。该位域分为两个部分，具体由配置的命令队列大小决定。 Bit[QS]: RD_WRAP - 队列读取索引掉头从头开始的标志。 Bits[QS-1:0]: RD - 命令队列读取索引。 QS == SMMU_CMDQ_BASE .LOG2SIZE and SMMU_CMDQ_BASE .LOG2SIZE <= SMMU_IDR1.CMDQS <= 19.
[30:24]	ERR	错误码。当检测到命令执行错误，ERR保存命令执行错误的错误码，同时触发SMMU_GERROR.CMDQ_ERR中断。 0x00: CERROR_NONE，没有错误发生 0x01: CERROR_ILL，非法的命令，如命令opcode不正确，命令有效但使用了保留区域或者无效的值 0x02: CERROR_ABT，读取命令失败，比如读取命令时发生外部错误，导致读取终止 0x03: CERROR_ATC_INV_SYNC，ATS Invalidation完成超时

命令队列中的命令按顺序执行，当有检测到命令错误或者命令预取失败时：

1. SMMU会停止执行命令
2. 错误命令之前的命令将会被执行
3. SMMU_(*_)CMDQ_CONS.RD依旧指向错误命令的位置
4. SMMU将错误码更新到SMMU_(*_)CMDQ_CONS.ERR区域
5. 触发SMMU_(*_)GERROR .CMDQ_ERR中断，此时SMMU不会执行命令队列中的命令
6. 比错误命令更新的命令不起作用，如果SMMU已经读取该命令，则会丢弃该命令
   当发生命令队列错误时，ARM推荐软件先修复命令队列错误，然后通过向SMMU_()GERRORN写入合适的值响应CMDQ_ERR，最终达到重启命令队列的目的。软件不需要写SMMU(_)CMDQ_PROD来重新触发命令处理。

3.事件队列记录的故障类型

事件队列记录三种类别的事件：

1. Configuration errors
   配置错误是由不正确的寄存器、STE或CD内容引起的，并且与传入的事务地址转换有关。在响应事务之前，不会报告内存中的不正确配置。任何传入的事务最多可能导致一个事件报告，该报告可能是一个配置错误，或者如果配置全部有效，则可能是几种类型的事务地址转换故障之一（可能适用于阶段1或阶段2）。
2. Faults from the translation process
   只有当事务地址尝试转换时，才会报告转换错误。SMMU的实现可能会以实现特定的方式预取配置项和TLB条目。预取的错误配置不会记录配置错误（即使是为了响应显式的CMD_PREFETCH_*命令而预取），只有在收到事务时，才会记录转换故障或配置错误。
3. Miscellaneous
   杂项事件（例如E_PAGE_REQUEST）的记录与传入的数据事务异步进行。
   Event queue记录的事件参考ARM SMMUv3命令和事件队列分析（四）。

4.全局错误

当有全局错误发生时，SMMU会产生中断通知软件处理。软件通过SMMU_()GERROR寄存器获取全局错误类型，而不是基于内存的事件队列。SMMU中总共定义了10种全局错误，SMMU(_)GERROR寄存器中每一个bit对应一种全局错误，具体如下图所示。

SMMU_(*_)GERROR表示的全局错误如下表所示。

位域	错误标记	意义
[0]	CMDQ_ERR	命令队列错误
[2]	EVENTQ_ABT_ERR	事件队列访问中止。当EVENTQ_ABT_ERR设置时，SMMU将停止向事件队列中记录事件。
[3]	PRIQ_ABT_ERR	PRI队列访问中止。当PRIQ_ABT_ERR设置时，SMMU将停止向事件队列中记录事件。
[4]	MSI_CMDQ_ABT_ERR	CMD_SYNC触发的MSI写入中止（若支持MSI中断）。
[5]	MSI_EVENTQ_ABT_ERR	事件队列触发的MSI写入中止（若支持MSI中断）。
[6]	MSI_PRIQ_ABT_ERR	PRI队列触发的MSI写入中止 (Non-secure GERROR only)（若支持MSI中断）。
[7]	MSI_GERROR_ABT_ERR	GERROR触发的MSI写入中止（若支持MSI中断）。
[8]	SFM_ERR	SMMU进入Service Failure Mode。该错误在SMMU_GERROR和SMMU_S_GERROR寄存器中的意义相同。
[9]	CMDQP_ERR	命令队列控制页错误（control page error）。适用于增强型命令队列（Enhanced Command queue），增强型命令队列拥有256 Command queue control pages，每个control pages最多拥有256个队列，适用于复杂系统。
[10]	DPT_ERR	DPT（Device Permission Table）查找错误。错误信息保存在 SMMU_(R_)DPT_CFG_FAR寄存器中，

SMMU_(*_)IRQ_CTRL .GERROR_IRQEN == 1时将会打开全局中断，当有全局错误发生时，SMMU会触发全局中断。

5.故障模式

故障模式（Fault models）表示SMMU对错误的处理方式，有两种模式，分别是Terminate model和Stall model。Fault models配置为Terminate model时，当有错误发生时，SMMU会向client device返回错误并立即终止事务。Fault models配置为Stall model时，当有错误发生时，SMMU会以RAZ/WI的方式响应client device，此时client device会认为事物成功了，感觉不到错误，SMMU也不会处理错误事务，会把错误的信息记录到事件队列中，软件可以通过发送CMD_RESUME or CMD_STALL_TERM命令重启事务或者终止事务。

5.1.配置

第一阶段地址转换的Fault models通过CD.{A,R,S}标志配置，第二阶段地址转换的Fault models通过STE.{S2R,S2S}标志配置。CD.{A,R,S}和STE.{S2R,S2S}控制下面错误的Fault models。下面的错误都和事务地址转换相关。

• F_TRANSLATION.
• F_ACCESS.
• F_ADDR_SIZE.
• F_PERMISSION.
  下面是A、R、S三个标志的意义：

A	事务终止时的中止行为（Abort behavior upon transaction termination）	1. 当A==1时，当事务以地址转换相关的4种错误终止时，SMMU会向client device返回abort和bus error。 2. 当A==0时，事务都会以RAZ(Read As Zero)/WI(Write Ignored)行为成功完成，就算有错误发生，client device都不会收到错误。 3. A标志只存在第一阶段地址转换中，第二阶段地址转换将以abort终止，相当于A==1。 4. 有些SMMU可能只实现了abort termination（不支持RAZ/WI），可以通过 SMMU_IDR0.TERM_MODEL获取SMMU对Fault models的支持情况。在这种情况下，配置CD.A == 0会导致CD描述符无效。 5. A标志不影响ATS转换请求引发的错误，因为ATS不支持RAZ/WI行为。
R	记录事件（Record event）	1. 当R==1时，SMMU检测的错误事件将会记录到事件队列中。 2. 当R==0时，SMMU检测的错误事件不会记录到事件队列中。 3. R标志只会影响当S==0且是和地址转换相关的四种错误。
S	遇到故障时停止运行（Stall upon fault ）	1. 当S==1时，当发生和地址转换相关的4种错误时，会进入Stall model，在软件发出resume或terminate命令之前，不会对事务作出响应，因此事务要么被重试，要么被终止。 2. 当S==1时，发生错误时的行为由A标志决定。

下面是ARS三个标志组合起来表示的意义。

ARS	意义
0b000	静默地终止SMMU上的事务，并且会以RAZ/WI成功的响应事务
0b010	以RAZ/WI的方式终止事务，并且会将错误事务记录到事件队列中
0bxx1	Stall model，会将错误记录到事件队列中，软件可以通过发送CMD_RESUME or CMD_STALL_TERM命令重启事务或者终止事务
0b100	静默的将事务中止报告client device
0b110	将事务中止报告client device，并且会将错误事务记录到事件队列中

5.2.故障处理流程

SMMU检测到Fault时的处理流程如下图所示。

参考资料

1. Arm ® System Memory Management Unit Architecture Specification version 3.