Linux中断子系统之中断映射

中断是当前计算机系统的基础功能,也是系统响应外设事件的必备桥梁。不同的架构对中断控制器有不同的设计理念,本文针对ARM公司提供的通用中断控制器(GIC,Generic Interrupt Controller)介绍在linux系统中的硬件中断号与软件中断号的映射过程。

首先,我们先来理解一下硬件中断号和软件中断号。

  • 硬件中断号:GIC为每一个硬件中断源都分配了一个唯一编号,称为硬件中断号,用于区分不同的中断源。GIC-v3支持的硬件中断类型和分配的硬件中断号范围如下图所示。

 IC 分配的中断号范围

  • 软件中断号:系统在中断注册和中断处理过程中使用到的中断号。有的地方也称为虚拟中断号。

为什么要进行中断映射呢?

  • 简单来讲,软件可以不需要关注该中断在硬件上是哪个中断来源。简单的SOC内部对中断的管理也比较简单,通常会有一个全局的中断状态寄存器来记录外设中断,这样直接将硬件中断号线性映射到软件中断号即可。但是随着芯片技术的发展,SOC越来越复杂,通常内部会有多个中断控制器(比如GIC interrupt controller, GPIO interrupt controller), 每一个中断控制器对应多个中断号,而硬件中断号在不同的中断控制器上是会重复编码, 这时仅仅用硬中断号已经不能唯一标识一个外设中断。尤其在多个中断控制器级联的情况下,会变得更加复杂。这样对软件编程来讲极不友好,作为软件工程师,我们更愿意集中精力关注软件层面的内容。

接下来,我们看看Linux系统中断映射过程涉及到的数据结构,数据结构详细信息请参看Linux内核源码。

  • struct irq_desc,中断描述符,每个irq都会在系统中分配一个该数据结构,用于描述该irq的相关信息,包含了irqaction 。

  • struct irq_domain/struct irq_chip, 是对中断控制器的软件抽象。

    irq_domain 侧重于对级联关系的描述,以及该中断控制器对某个中断响应的描述在struct irq_domain_ops中进行组织。irq_domain中的linear_revmap[] 和 revmap_tree 用于该domain中hwirq的map。

irq_chip 侧重对该中断控制器响应中断过程的描述。

  • struct irq_data, 是中断映射的关键数据结构,映射过程这要是填充该数据结构中的irq与hwirq。irq 为软件系统分配的虚拟中断号,hwirq为该domain分配的硬件中断号。

Linux系统中断映射过程涉及到的数据结构间的关系如下:

Linux系统中断映射过程涉及到的数据结构间的关系

映射过程大致分为如下几个过程:

  1. 系统维护全局allocated_irqs
  2. 中断控制器的初始化
  3. 软件中断号的获取与映射
  4. 硬件中断号的获取与映射

系统维护全局allocated_irqs

在开了CONFIG_SPARSE_IRQ的系统中,系统中维护的全局allocated_irqs有NR_IRQS + 8196 位,每一位代表一个软件中断号。在virq的申请过程中,既可以单个中断号申请,也可以几个中断号一起申请。在申请过程中,从allocated_irqs的低位到高位查询第一个连续N个空闲的位作为软件中断号。

系统中的allocated_irqs 定义如下:

系统维护全局allocated_irqs

中断控制器的初始化

中断控制器通过IRQCHIP_DECLARE 宏注册到__irqchip_of_table,系统开机初始化阶段 start_kernel() => init_IRQ()=> irqchip_init 调度到注册的gic_of_init() 对GIC进行初始化。

中断控制器的初始化

Gic_of_init中注册domain相关的处理函数,其中gic_irq_domain_translate()将DTS中解析的中断信息翻译得到HWirq。通过irq_domain_create_tree() 申请一个domain内存,赋值后加入到全局的 irq_domain_list中。同时,设置中断处理入口函数。

中断控制器的初始化

软件中断号的获取与映射

kernel_init() => kernel_init_freeable() => do_pre_smp_initcalls()=> do_one_initcall() => arm64_device_init() => of_platform_populate()=> of_platform_bus_create() => of_platform_device_create_pdata() =>of_device_alloc()

Of_device_alloc()中,想通过of_irq_count() 从dts node中计算出该node中的irq 数量。然后对应每一个irq 调用of_irq_to_resource() => of_irq_get() 获取软件中断号。of_irq_get() 调用of_irq_parse_one() 从dts中收集该中断的相关信息如触发方式,中断号,中断类型等信息并记录在oirq结构体中。然后调用irq_create_of_mapping()进行中断映射并返回软件中断号。

软件中断号的获取与映射

irq_create_of_mapping() => irq_create_fwspec_mapping()通过irq_domain_translate()调用 gic_of_init()过程中注册的gic_irq_domain_translate() 进行翻译得到hwirq。然后调用irq_find_mapping() 尝试通过domain->revmap_tree 获取irq_data,从而后去irq。如果获取到irq说明该中断已完成映射,无需再进行下去。如果没有获取到irq,说明该中断没有进行过映射,继续往下。irq_create_mapping()中先通过bitmap_find_next_zero_area() 从allocated_irqs中找到第一个空闲位 start作为软件中断号。然后申请一个中断描述符irq_desc,完成相关赋值后,将软件中断号作为键值把irq_desc 加入到irq_desc_tree 基树上。此后,

就可以通过irq从irq_desc_tree 基树上快速获取对应的irq_desc,从而获取其他相关信息。

软件中断号的获取与映射

硬件中断号的获取与映射

irq_create_fwspec_mapping()先调用irq_domain_translate()获取到硬件中断号,由于预留了SGI,PPI的中断号,这里需要加上对应的中断号偏移。然后在irq_domain_associate()中通过给该irq_data->hwirq赋值为获取到的硬件中断号,同时在irq_domain_set_mapping()中进行映射建立起hwirq与irq_data之间的联系。

irq_domain_set_mapping()中的映射包含两个部分,一是在该控制器支持一定的线性映射前提下,当hwirq revmap_size时进行线性映射。否则以hwirq作为键值将irq_data放入该domain的revmap_tree基树中,搭建起通过hwirq快速查询virq的途径。

硬件中断号的获取与映射

中断映射总结

通过以上操作,可以以virq=>从irq_desc_tree中获取该irq的中断描述符结构体desc=> 再从desc中获取irq_data=> 进而获取hwirq;也可以通过hwirq=>从该domain的revmap_tree中获取对应的irq_data=> 从而获取 data->irq。

本文大体讲诉了linux kernel中断映射的解析与映射过程,并没有对具体的代码展开详细的讲解。读者可以根据梳理的框架进行代码详情的研究。

赞(1)
未经允许不得转载:极客笔记 » Linux中断子系统之中断映射
分享到: 更多 (0)

评论 抢沙发

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址

最新文章