3. Local APIC 架构：寄存器布局、版本寄存器与 LVT 条目

Local APIC（本地高级可编程中断控制器）是每个 CPU 核心内部的中断控制单元，负责接收来自 I/O APIC、IPI（处理器间中断）以及本地源（如 LINT0/LINT1、性能监控计数器等）的中断信号，并将其递交给 CPU 核心。理解 Local APIC 的内部寄存器布局、版本寄存器以及 LVT（Local Vector Table）条目，是配置中断路由的基础。

3.1 Local APIC 内部寄存器布局

Local APIC 的寄存器映射到物理地址空间中的一个 4KB 页面，基地址默认为 0xFEE00000（可通过 MSR 0x1B 修改）。所有寄存器均为 32 位或 64 位宽，访问时必须使用 16 字节对齐的地址。下表列出了关键寄存器的偏移量与功能：

下图展示了 Local APIC 内部寄存器在 4KB 页面中的布局结构：

3.2 版本寄存器

版本寄存器位于偏移量 0x020，是一个 32 位只读寄存器，提供 Local APIC 的硬件版本信息和最大 LVT 条目数量。其位字段定义如下：

读取版本寄存器的示例代码（C 语言风格，MMIO 访问）：

// 假设 Local APIC 基地址已映射到虚拟地址 apic_base
volatile uint32_t *apic_version_reg = (volatile uint32_t *)(apic_base + 0x020);
uint32_t version_value = *apic_version_reg;

uint8_t version_id = version_value & 0xFF;
uint8_t max_lvt_entry = (version_value >> 16) & 0xFF;

printf("Local APIC Version ID: 0x%02X\n", version_id);
printf("Max LVT Entry Index: %d\n", max_lvt_entry);

3.3 LVT 条目

LVT（Local Vector Table）是 Local APIC 中一组用于配置本地中断源的寄存器。每个 LVT 条目是一个 32 位寄存器，控制一个特定的中断源（如 APIC 定时器、LINT0、LINT1、错误中断等）。LVT 条目的通用格式如下：

下表列出了标准 LVT 条目的偏移量和对应的中断源：

配置 LVT 条目的示例代码（以 APIC 定时器为例）：

// 配置 APIC 定时器 LVT 条目（偏移 0x100）
volatile uint32_t *lvt_timer = (volatile uint32_t *)(apic_base + 0x100);
uint32_t lvt_value = 0;

// 设置向量号 0x30（48），Fixed 模式，非屏蔽，一次性
lvt_value |= (0x30 & 0xFF);          // Vector = 0x30
lvt_value |= (0x0 & 0x700);          // Delivery Mode = Fixed (0000)
lvt_value &= ~(1 << 13);             // Mask = 0 (启用)
lvt_value &= ~(1 << 12);             // Timer Mode = 0 (一次性)

*lvt_timer = lvt_value;

// 设置定时器初始计数（偏移 0x380）
volatile uint32_t *timer_init_count = (volatile uint32_t *)(apic_base + 0x380);
*timer_init_count = 1000000;         // 初始计数值

// 设置分频配置（偏移 0x3E0），分频系数 16
volatile uint32_t *timer_divide = (volatile uint32_t *)(apic_base + 0x3E0);
*timer_divide = 0x3;                 // 分频 16 (0x3 = 16)

下图展示了 LVT 条目与中断源之间的映射关系：

3.4 LVT 配置注意事项

• 向量号范围： 所有 LVT 条目中的 Vector 字段必须 ≥ 16（0x10），因为 0–15 被 Intel 保留用于异常和 NMI。使用非法向量号会导致中断被忽略或系统异常。
• 屏蔽与启用： 在初始化阶段，建议先屏蔽所有 LVT 条目（设置 Mask=1），逐个配置完成后，再清除 Mask 位启用。这可以防止未初始化的中断源意外触发。
• Delivery Mode 选择： 对于 LINT0，如果系统使用 I/O APIC 作为主中断控制器，应配置为 ExtINT 模式（0x7），以兼容 8259A PIC 的级联。对于 LINT1，通常配置为 NMI 模式（0x4），用于接收硬件 NMI 信号。
• 定时器模式： APIC 定时器支持一次性（One-shot）和周期性（Periodic）模式。在启动阶段，通常使用一次性模式进行延迟测量，进入操作系统后再切换为周期性模式用于时间片调度。