中断-通用架构

文章目录

  • 中断-通用架构
  • 前言
  • 整个软件层次架构
  • 硬件中断号与软件中断号的映射流程
    • 基于数组方式
    • 基于基数树方式
  • 申请IRQ调用关系
  • generic_handle_irq
  • 中断线程化处理后的唤醒流程

前言

前面，已经了解了ARM异常和中断控制器，接下来了解中断再linux中的通用架构。

整个软件层次架构

整个架构做简要的介绍：

  1. 系统启动阶段，取决于内核的配置，内核会通过数组或基数树分配好足够多的irq_desc结构；
  2. 根据不同的体系结构，初始化中断相关的硬件，尤其是中断控制器；
  3. 为每个必要irq的irq_desc结构填充默认的字段，例如irq编号，irq_chip指针，根据不同的中断类型配置流控handler；
  4. 设备驱动程序在初始化阶段，利用request_threaded_irq() api申请中断服务，两个重要的参数是handler和thread_fn；
  5. 当设备触发一个中断后，cpu会进入事先设定好的中断入口，它属于底层体系相关的代码，它通过中断控制器获得irq编号，在对irq_data结构中的某些字段进行处理后，会将控制权传递到中断流控层（通过irq_desc->handle_irq）；
  6. 中断流控处理代码在作出必要的流控处理后，通过irq_desc->action链表，取出驱动程序申请中断时注册的handler和thread_fn，根据它们的赋值情况，或者只是调用handler回调，或者启动一个线程执行thread_fn，又或者两者都执行；
  7. 至此，中断最终由驱动程序进行了响应和处理。

硬件中断号与软件中断号的映射流程

irq_desc结构的组织方式

基于数组方式


硬件中断号到Linux irq中断号的映射，并创建好irq_desc中断描述符。irq_domain结构，用于硬件中断号和Linux IRQ中断号（virq，虚拟中断号）之间的映射；

中断注册时，先获取设备的中断号，根据中断号找到对应的irq_desc，并将设备的中断处理函数添加到irq_desc中；

设备触发中断信号时，根据硬件中断号得到Linux irq中断号，找到对应的irq_desc，最终调用到设备的中断处理函数；

基于基数树方式

当内核的配置项CONFIG_SPARSE_IRQ被选中时，内核使用基数树（radix tree）来管理irq_desc结构，这一方式可以动态地分配irq_desc结构，对于那些具备大量IRQ数量或者IRQ编号不连续的系统，使用该方式管理irq_desc对内存的节省有好处，而且对那些自带中断控制器管理设备自身多个中断源的外部设备，它们可以在驱动程序中动态地申请这些中断源所对应的irq_desc结构，而不必在系统的编译阶段保留irq_desc结构所需的内存。

申请IRQ调用关系


request_irq也是调用request_threaded_irq，只是在传参的时候，线程处理函数thread_fn函数设置成NULL；

由于在硬件中断号和Linux中断号完成映射后，irq_desc已经创建好，可以通过irq_to_desc接口去获取对应的irq_desc；

创建irqaction，并初始化该结构体中的各个字段，其中包括传入的中断处理函数赋值给对应的字段

__setup_irq用于完成中断的相关设置，包括中断线程化的处理：中断线程化用于减少系统关中断的时间，增强系统的实时性；

ARM64默认开启了CONFIG_IRQ_FORCED_THREADING，引导参数传入threadirqs时，则除了IRQF_NO_THREAD外的中断，其他的都将强制线程化处理；

中断线程化会为每个中断都创建一个内核线程，如果中断进行共享，对应irqaction将连接成链表，每个irqaction都有thread_mask位图字段，当所有共享中断都处理完成后才能unmask中断，解除中断屏蔽；

generic_handle_irq

中断收到之后，首先会跳转到异常向量表的入口处，进而逐级进行回调处理，最终调用到generic_handle_irq来进行中断处理。

  • generic_handle_irq函数最终会调用到desc->handle_irq()，这个也就是对应到上文中在建立映射关系的过程中，调用irq_domain_set_info函数，设置好了函数指针，也就是handle_fasteoi_irq和handle_percpu_devid_irq
  • handle_fasteoi_irq：处理共享中断，并且遍历irqaction链表，逐个调用action->handler()函数，这个函数正是设备驱动程序调用* request_irq/request_threaded_irq接口注册的中断处理函数，此外如果中断线程化处理的话，还会调用__irq_wake_thread()唤醒内核线程；
  • handle_percpu_devid_irq：处理per-CPU中断处理，在这个过程中会分别调用中断控制器的处理函数进行硬件操作，该函数调用action->handler()来进行中断处理；

中断线程化处理后的唤醒流程

  • __handle_irq_event_percpu->__irq_wake_thread将唤醒irq_thread中断内核线程
  • irq_thread内核线程，将根据是否为强制中断线程化对函数指针handler_fn进行初始化，以便后续进行调用
  • irq_thread内核线程将while(!irq_wait_for_interrupt)循环进行中断的处理，当满足条件时，执行handler_fn，在该函数中最终调用action->thread_fn，也就是完成了中断的处理；
  • irq_wait_for_interrupt函数，将会判断中断线程的唤醒条件，如果满足了，则将当前任务设置成TASK_RUNNING状态，并返回0，这样就能执行中断的处理，否则就调用schedule()进行调度，让出CPU，并将任务设置成TASK_INTERRUPTIBLE可中断睡眠状态；