字符设备驱动-9-中断子系统-中断结构体

0 引入SPARSE_IRQ#

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？当中断比较“稀疏”时可以用基数树来代替数组。
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1 irq_desc 数组#

位于include/linux/irqdesc.h

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在这里插入图片描述

内核中记录一个irq_desc的数组，数组的每一项对应一个中断或者一组中断（使用同一中断号）。irq_desc几乎记录所有中断相关的东西，这个结构是中断的核心。每一个irq_desc数组项中都有一个函数：handle_irq，还有一个action链表。

irq_desc 数组结构链路如下图：

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1.1 中断处理函数handle_irq#

1.1.1 共享中断概念引入#

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  1. 上图一个gpio按键连接gpio模块第一个引脚1，可以设置该引脚，当电平发生变化时，让该引脚产生中断，那么gpio模块会上报中断到gic模块, gic模块继续中断cpu。
  2. 同理当一个外部设备网卡和该gpio按键可以共享一个中断，也接到gpio模块第一个引脚1，gpio模块会上报中断到gic模块, gic模块继续中断cpu。这里就用到了共享中断的概念。

可以看到中断的触发时从左到右的过程，那么cpu进行响应中断请求时就是从右到左的过程。

  1. cpu读取GIC控制器，判段中断号，如果是A号中断说明是来源于gpio模块，如果是A'中断，说明来源于其他模块。

  2. A号中断的来源有很多种，有gpio0,gpio1....， 又会从gpio控制寄存器来辨别倒是是哪一个gpio产生的中断，比如是B号中断

  3. B号中断的来源有很多种，有按键，网卡...

1.1.2 中断的处理函数来源#

中断处理函数来源有三：

  1. GIC 的处理函数：
    GIC 中断 CPU 时，CPU 读取 GIC 状态得到中断 A。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。

CPU从异常向量表中调用handle_arch_irq，这个函数指针是有GIC驱动设置的.调用irq_desc[virq].handle_irq函数：这也应该由GIC驱动提供。

  1. 模块的中断处理函数：
    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。
    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。

  2. 外部设备提供的处理函数：（也就是action里面的函数）
    这里说的“外部设备”可能是芯片，也可能是简单的按键。它们的处理函数由自己驱动程序提供。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, 这个链表就是 action 链表。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。

1.2 irqaction#

irqaction 结构体在include/linux/interrupt.h

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irq_desc[A]这里对应的action一般为NULL, 而irq_desc[B]的handle_irq会调用链表里的函数，这些函数就是对应不同的irqaction。

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。
函数原型为：

1.2.1 request_threaded_irq#

1.2.2 request_irq#

1.2.3 devm_request_irq#

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这里irq编号使用的虚拟中断号，虚拟中断号怎么来？详见后面1.4 irq_domain。

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。
  1. 可以提供 handler 而不提供 thread_fn，就退化为一般的 request_irq 函数。
  2. 可以不提供 handler 只提供 thread_fn，完全由内核线程来处理中断。
  3. 也可以既提供 handler 也提供 thread_fn，这就是中断上半部、下半部。

在 reqeust_irq 时可以传入 dev_id，为何需要 dev_id？作用有 2：

  1. 中断处理函数执行时，可以使用 dev_id
  2. 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）

1.3 irq_data#

定义再include/linux/irq.h

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irq_data就是个中转站，里面有 irq_chip 指针 irq_domain 指针，irq 是软件中断号，hwirq 是硬件中断号。
比如GPIO 中断 B 就是软件中断号，可以找到 irq_desc[B]这个数组项；GPIO 里的第 x 号中断，这就是 hwirq。

irq、hwirq 之间的联系呢？由 irq_domain 来建立。下面介绍irq_domain

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1.4 irq_domain#

include/linux/irqdomain.h 中定义该结构。

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设备树中你会看到这样的属性:

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interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;

表示使用gpio1_5作为中断，hwirq 就是 5。当我们在驱动中会使用 request_irq(irq, handler)这样的函数来注册中断，irq编号就是虚拟中断，那么虚拟中断号（软件中断号）要怎么得到？
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。

1.4.0 中断控制器注册 irq_domain#

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通过 __irq_domain_add 初始化irq_domain数据结构，然后把 irq_domain 添加到全局的链表irq_domain_list中。

1.4.1 irq_domain_ops#

1.4.1.1 xlate函数#

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xlate函数
用来解析设备树的中断属性，提取出 hwirq、type 等信息。

1.4.1.2 map函数#

把 hwirq 转换为 irq。

1.5 irq_chip#

irq_chip 结构体在include/linux/irq.h中定义

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* @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

在这里插入图片描述

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irq_enable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，内核里没有对应的清除中断操作。

2 中断不同结构体之间的关系框图#

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