說明： 本文所參考的內(nèi)核版本是：Linux (none) 6.3.0-rc1+

1. 計(jì)算機(jī)中斷處理框架簡介

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，關(guān)于中斷處理的軟硬件框架如圖1-1所示。一個(gè)設(shè)備中斷從產(chǎn)生到處理的過程可以概括為以下5個(gè)主要階段：

1） 設(shè)備產(chǎn)生中斷信號并發(fā)送至中斷控制器；

2） 中斷控制器將硬件中斷ID定向到適當(dāng)?shù)腃PU；

3） CPU對中斷進(jìn)行響應(yīng)，將PC指針跳至Vector表中的對應(yīng)中斷處理入口，即irq_handle；

4） irq_handle進(jìn)一步調(diào)用通用中斷處理函數(shù)generic_handle_irq，位于Interrupt子系統(tǒng)內(nèi)；

5） generic_handle_irq再次調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序中注冊的dev_irq_handle，以完成中斷處理。

圖1-1

2. AArch64 vector tables初始化流程

AArch64架構(gòu)下vector tables初始化流程見圖2-1：

圖2-1

nVHE模式下vector table初始化流程見圖2-2：

圖2-2

3. Linux中斷子系統(tǒng)

3.1 Linux中斷子系統(tǒng)框架

Linux中斷子系統(tǒng)框架按照Linux官方文檔抽象層分為三個(gè)level：High-level driver API、High-level IRQ flow handlers、Chip-level hardware encapsulation。

但從當(dāng)前Linux內(nèi)核版本中除了上述三個(gè)抽象等級，還包括irq domain和interrupt descriptor management。

圖3-1

1. High-level driver API

High-level driver API為設(shè)備驅(qū)動提供中斷實(shí)現(xiàn)中斷的申請、注銷等API：

?request_irq()

?request_threaded_irq()

?free_irq()

?disable_irq()

?enable_irq()

?disable_irq_nosync() (SMP only)

?synchronize_irq() (SMP only)

?irq_set_irq_type()

?irq_set_irq_wake()

?irq_set_handler_data()

?irq_set_chip()

?irq_set_chip_data()

b. High-level IRQ flow handlers

?handle_level_irq()

?handle_edge_irq()

?handle_fasteoi_irq()

?handle_simple_irq()

?handle_percpu_irq()

?handle_edge_eoi_irq()

?handle_bad_irq()

c. Chip-level hardware encapsulation

?irq_ack

?irq_mask_ack – Optional, recommended for performance

?irq_mask

?irq_unmask

?irq_eoi – Optional, required for EOI flow handlers

?irq_retrigger – Optional

?irq_set_type – Optional

?irq_set_wake – Optional

3.2 IRQ domain

??IRQ?domain用于將硬件的中斷號（hirq），轉(zhuǎn)換成Linux系統(tǒng)中的軟件中斷號（sirq），每一個(gè)Linux軟件中斷號對應(yīng)一項(xiàng)  irq_desc,?每個(gè)中斷控制器都對應(yīng)一個(gè)IRQ?Domain。  ?在硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)，會將設(shè)備的中斷信號關(guān)聯(lián)到中斷控制器，中斷控制器會為設(shè)備分配硬件中斷號，硬件中斷號會定義在設(shè)備樹或  ACPI表中，由bootloader傳遞給Linux系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)啟動加載設(shè)備驅(qū)動時(shí)，驅(qū)動程序會根據(jù)硬件中斷號申請軟件中斷號，同時(shí)  注冊設(shè)備驅(qū)動處理函數(shù)。 

IRQ Domain支持三種映射方式：linear map（線性映射），tree map（樹映射），no map（不映射）；

?linear map：維護(hù)固定大小的表，索引是硬件中斷號，如果硬件中斷最大數(shù)量固定，并且數(shù)值不大，可以選擇線性映射；

?tree map：硬件中斷號可能很大，可以選擇樹映射；

?no map：硬件中斷號直接就是Linux的中斷號；

3.3 GICv3驅(qū)動初始化

GICv3的初始化流程：

圖3-2

3.4 Linux系統(tǒng)下中斷響應(yīng)流程

Linux系統(tǒng)下中斷響應(yīng)流程：

設(shè)備觸發(fā)中斷–>中斷控制器收到中斷信號–>發(fā)送到響應(yīng)CPU–>CPU響應(yīng)中斷（CP指針跳轉(zhuǎn)到中斷異常向量表入口）–>執(zhí)行CPU架構(gòu)中斷handle–>執(zhí)行中斷控制器handle–>執(zhí)行Linux中斷子系統(tǒng)handle–>執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動程序注冊的中斷處理函數(shù).

Linux系統(tǒng)中斷響應(yīng)流程如下:

圖3-3 Aarch64中斷響應(yīng)流程

圖3-4 gicv3及中斷子系統(tǒng)處理流程

圖3-5 設(shè)備中斷注冊