目录
1 整体概述
2 irq_desc 数组
3 irqaction 结构体
4 irq_data 结构体
5 irq_domain 结构体
6 irq_chip 结构体
1 整体概述
该文章内容,可以从 request_irq(include/linux/interrupt.h)函数一路分析得到。 能弄清楚下面这个图,对 Linux 中断系统的掌握也基本到位了。
最核心的结构体是 irq_desc,之前为了易于理解,我们说在 Linux 内核中有一个中断数组,对于每一个硬件中断,都有一个数组项,这个数组就是irq_desc 数组。
注意:如果内核配置了 CONFIG_SPARSE_IRQ,那么它就会用基数树(radix tree)来代替 irq_desc 数组。SPARSE 的意思是“稀疏”,假设大小为 1000 的数组中只用到 2 个数组项,那不是浪费嘛?所以在中断比较“稀疏”的情况下可以用基数树来代替数组。
2 irq_desc 数组
irq_desc 结构体在 include/linux/irqdesc.h 中定义,主要内容如下图:
每一个 irq_desc 数组项中都有一个函数:handle_irq,还有一个 action链表。要理解它们,需要先看中断结构图:
外部设备 1、外部设备 n 共享一个 GPIO 中断 B,多个 GPIO 中断汇聚到GIC(通用中断控制器)的 A 号中断,GIC 再去中断 CPU。那么软件处理时就是反过来,先读取 GIC 获得中断号 A,再细分出 GPIO 中断 B,最后判断是哪一个外部芯片发生了中断。
所以,中断的处理函数来源有三:
GIC 的处理函数:
假设 irq_desc[A].handle_irq 是 XXX_gpio_irq_handler(XXX 指厂家),这个函数需要读取芯片的 GPIO 控制器,细分发生的是哪一个 GPIO 中断(假设是B),再去调用 irq_desc[B]. handle_irq。
注 意 : irq_desc[A].handle_irq 细 分 出 中 断 后 B , 调 用 对 应 的irq_desc[B].handle_irq。
显然中断 A 是 CPU 感受到的顶层的中断,GIC 中断 CPU 时,CPU 读取 GIC 状态得到中断 A。
模块的中断处理函数:
比 如 对 于 GPIO 模 块 向 GIC 发 出 的 中 断 B , 它 的 处 理 函 数 是irq_desc[B].handle_irq。
BSP 开发人员会设置对应的处理函数,一般是 handle_level_irq 或handle_edge_irq,从名字上看是用来处理电平触发的中断、边沿触发的中断。
注意:导致 GPIO 中断 B 发生的原因很多,可能是外部设备 1,可能是外部设备n,可能只是某一个设备,也可能是多个设备。所以 irq_desc[B].handle_irq会调用某个链表里的函数,这些函数由外部设备提供。这些函数自行判断该中断是否自己产生,若是则处理。
外部设备提供的处理函数:
这里说的“外部设备”可能是芯片,也可能总是简单的按键。它们的处理函数由自己驱动程序提供,这是最熟悉这个设备的“人”:它知道如何判断设备是否发生了中断,如何处理中断。 对于共享中断,比如 GPIO 中断 B,它的中断来源可能有多个,每个中断源对应一个中断处理函数。所以 irq_desc[B]中应该有一个链表,存放着多个中断源的处理函数。
一旦程序确定发生了 GPIO 中断 B,那么就会从链表里把那些函数取出来,一一执行。这个链表就是 action 链表。
对于我们举的这个例子来说,irq_desc 数组如下:
3 irqaction 结构体
irqaction 结构体在 include/linux/interrupt.h 中定义,主要内容如下图:
当调用 request_irq、request_threaded_irq 注册中断处理函数时,内核就会构造一个 irqaction 结构体。在里面保存 name、dev_id 等,最重要的是 handler、thread_fn、thread。
handler 是中断处理的上半部函数,用来处理紧急的事情。
thread_fn 对应一个内核线程 thread,当 handler 执行完毕,Linux 内核会唤醒对应的内核线程。在内核线程里,会调用 thread_fn 函数。
⚫ 可以提供 handler 而不提供 thread_fn,就退化为一般的 request_irq 函
数。
⚫ 可以不提供 handler 只提供 thread_fn,完全由内核线程来处理中断。
⚫ 也可以既提供 handler 也提供 thread_fn,这就是中断上半部、下半部。
里面还有一个名为 sedondary 的 irqaction 结构体,它的作用以后再分析。 在 reqeust_irq 时可以传入 dev_id,为何需要 dev_id?作用有 2:
- 中断处理函数执行时,可以使用 dev_id
- 卸载中断时要传入 dev_id,这样才能在 action 链表中根据 dev_id 找到对应项
所以在共享中断中必须提供 dev_id,非共享中断可以不提供。
4 irq_data 结构体
irq_data 结构体在 include/linux/irq.h 中定义,主要内容如下图:
它就是个中转站,里面有 irq_chip 指针 irq_domain 指针,都是指向别的结构体。
比较有意思的是 irq、hwirq,irq 是软件中断号,hwirq 是硬件中断号。
比如上面我们举的例子,在 GPIO 中断 B 是软件中断号,可以找到 irq_desc[B]这个数组项;GPIO 里的第 x 号中断,这就是 hwirq。
谁来建立 irq、hwirq 之间的联系呢?由 irq_domain 来建立。irq_domain会把本地的 hwirq 映射为全局的 irq,什么意思?比如 GPIO 控制器里有第 1 号中断,UART 模块里也有第 1 号中断,这两个“第 1 号中断”是不一样的,它们属于不同的“域”──irq_domain。
5 irq_domain 结构体
irq_domain 结构体在 include/linux/irqdomain.h 中定义,主要内容如下图:
当我们后面从设备树讲起,如何在设备树中指定中断,设备树的中断如何被转换为 irq 时,irq_domain 将会起到极大的作为。
这里基于入门的解度简单讲讲,在设备树中你会看到这样的属性:
interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
它表示要使用 gpio1 里的第 5 号中断,hwirq 就是 5。
但是我们在驱动中会使用 request_irq(irq, handler)这样的函数来注册中断,irq 是什么?它是软件中断号,它应该从“gpio1 的第 5 号中断”转换得来。
谁把 hwirq 转换为 irq?由 gpio1 的相关数据结构,就是 gpio1 对应的irq_domain 结构体。
irq_domain 结构体中有一个 irq_domain_ops 结构体,里面有各种操作函数,主要是:
⚫ xlate :用来解析设备树的中断属性,提取出 hwirq、type 等信息。
⚫ map :把 hwirq 转换为 irq。
6 irq_chip 结构体
irq_chip 结构体在 include/linux/irq.h 中定义,主要内容如下图:
这个结构体跟“chip”即芯片相关,里面各成员的作用在头文件中也列得很清楚,摘录部分如下:
* @irq_startup: start up the interrupt (defaults to ->enable if NULL)
* @irq_shutdown: shut down the interrupt (defaults to ->disable if NULL)
* @irq_enable: enable the interrupt (defaults to chip->unmask if NULL)
* @irq_disable: disable the interrupt
* @irq_ack: start of a new interrupt
* @irq_mask: mask an interrupt source
* @irq_mask_ack: ack and mask an interrupt source
* @irq_unmask: unmask an interrupt source
* @irq_eoi: end of interrupt
我们在 request_irq 后,并不需要手工去使能中断,原因就是系统调用对应的 irq_chip 里的函数帮我们使能了中断。
我们提供的中断处理函数中,也不需要执行主芯片相关的清中断操作,也是系统帮我们调用 irq_chip 中的相关函数。
但是对于外部设备相关的清中断操作,还是需要我们自己做的。就像上面图里的“外部设备 1“、“外部设备 n”,外设备千变万化,内核里可没有对应的清除中断操作。