中断控制器的驱动解析（上）

逃离我推掉我的手 2022-08-29 13:56 276阅读 0赞

这里主要分析 linux kernel 中 GIC v3 中断控制器的代码(drivers/irqchip/irq-gic-v3.c)。

## 设备树 ##

先来看下一个中断控制器的设备树信息：

gic: interrupt-controller@51a00000 {
            compatible = "arm,gic-v3";
            reg = <0x0 0x51a00000 0 0x10000>, /* GIC Dist */
                  <0x0 0x51b00000 0 0xC0000>, /* GICR */
                  <0x0 0x52000000 0 0x2000>,  /* GICC */
                  <0x0 0x52010000 0 0x1000>,  /* GICH */
                  <0x0 0x52020000 0 0x20000>; /* GICV */
            #interrupt-cells = <3>;
            interrupt-controller;
            interrupts = <GIC_PPI 9
                    (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(6) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>;
            interrupt-parent = <&gic>;
    };

*  **compatible**：用于匹配GICv3驱动
 *  **reg** ：GIC的物理基地址，分别对应GICD,GICR,GICC…
 *  **\#interrupt-cells**：这是一个中断控制器节点的属性。它声明了该中断控制器的中断指示符(interrupts)中 cell 的个数
 *  **interrupt-controller**: 表示该节点是一个中断控制器
 *  **interrupts**：分别代表中断类型，中断号，中断类型， PPI中断亲和， 保留字段

关于设备数的各个字段含义，详细可以参考 Documentation/devicetree/bindings 下的对应信息。

## 初始化 ##

**1. irq chip driver 的声明：**

IRQCHIP_DECLARE(gic_v3, "arm,gic-v3", gic_of_init);

定义 IRQCHIP\_DECLARE 之后，相应的内容会保存到 \_\_irqchip\_of\_table 里边:

#define IRQCHIP_DECLARE(name, compat, fn) OF_DECLARE_2(irqchip, name, compat, fn)
    
    #define OF_DECLARE_2(table, name, compat, fn) \ 
            _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_2)
    
    #define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)            \ 
        static const struct of_device_id __of_table_##name        \ 
            __used __p(__##table##_of_table)            \ 
             = { .compatible = compat,                \ 
                 .data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn  }

\_\_irqchip\_of\_table 在链接脚本 vmlinux.lds 里，被放到了 \_\_irqchip\_begin 和 \_\_irqchip\_of\_end 之间，该段用于存放中断控制器信息：

#ifdef CONFIG_IRQCHIP
        #define IRQCHIP_OF_MATCH_TABLE()                    \
            . = ALIGN(8);                           \
            VMLINUX_SYMBOL(__irqchip_begin) = .;                \
            *(__irqchip_of_table)                       \
            *(__irqchip_of_end)
    #endif

在内核启动初始化中断的函数中，of\_irq\_init 函数会去查找设备节点信息，该函数的传入参数就是 \_\_irqchip\_of\_table 段，由于 IRQCHIP\_DECLARE 已经将信息填充好了，of\_irq\_init 函数会根据 “arm,gic-v3” 去查找对应的设备节点，并获取设备的信息。or\_irq\_init 函数中，最终会回调 IRQCHIP\_DECLARE 声明的回调函数，也就是 gic\_of\_init，而这个函数就是 GIC 驱动的初始化入口。

**2. gic\_of\_init 流程：**

static int __init gic_of_init(struct device_node *node, struct device_node *parent)
    {
      ......
     dist_base = of_iomap(node, 0);                                           ------(1)
     if (!dist_base) {
      pr_err("%pOF: unable to map gic dist registers\n", node);
      return -ENXIO;
     }
    
     err = gic_validate_dist_version(dist_base);                              ------(2)
     if (err) {
      pr_err("%pOF: no distributor detected, giving up\n", node);
      goto out_unmap_dist;
     }
    
     if (of_property_read_u32(node, "#redistributor-regions", &nr_redist_regions))  ------(3)
      nr_redist_regions = 1;
    
     rdist_regs = kzalloc(sizeof(*rdist_regs) * nr_redist_regions, GFP_KERNEL);
     if (!rdist_regs) {
      err = -ENOMEM;
      goto out_unmap_dist;
     }
    
     for (i = 0; i < nr_redist_regions; i++) {                                ------(4)
      struct resource res;
      int ret;
    
      ret = of_address_to_resource(node, 1 + i, &res);
      rdist_regs[i].redist_base = of_iomap(node, 1 + i);
      if (ret || !rdist_regs[i].redist_base) {
       pr_err("%pOF: couldn't map region %d\n", node, i);
       err = -ENODEV;
       goto out_unmap_rdist;
      }
      rdist_regs[i].phys_base = res.start;
     }
     
     if (of_property_read_u64(node, "redistributor-stride", &redist_stride))  ------(5)
      redist_stride = 0;
    
     err = gic_init_bases(dist_base, rdist_regs, nr_redist_regions,           ------(6)
            redist_stride, &node->fwnode);
     if (err)
      goto out_unmap_rdist;
    
     gic_populate_ppi_partitions(node);                                       ------(7)
     gic_of_setup_kvm_info(node);
     return 0;
      ......
     return err;
    }

1.  映射 GICD 的寄存器地址空间。
2.  验证 GICD 的版本是 GICv3 还是 GICv4（主要通过读GICD\_PIDR2寄存器bit\[7:4\]. 0x1代表GICv1， 0x2代表GICv2…以此类推）。
3.  通过 DTS 读取 redistributor-regions 的值。
4.  为一个 GICR 域分配基地址。
5.  通过 DTS 读取 redistributor-stride 的值。
6.  下面详细介绍。
7.  设置一组 PPI 的亲和性。

static int __init gic_init_bases(void __iomem *dist_base,
         struct redist_region *rdist_regs,
         u32 nr_redist_regions,
         u64 redist_stride,
         struct fwnode_handle *handle)
    {
      ......
     typer = readl_relaxed(gic_data.dist_base + GICD_TYPER);                ------(1)
     gic_data.rdists.id_bits = GICD_TYPER_ID_BITS(typer);
     gic_irqs = GICD_TYPER_IRQS(typer);
     if (gic_irqs > 1020)
      gic_irqs = 1020;
     gic_data.irq_nr = gic_irqs;
    
     gic_data.domain = irq_domain_create_tree(handle, &gic_irq_domain_ops,  ------(2)
           &gic_data);
     gic_data.rdists.rdist = alloc_percpu(typeof(*gic_data.rdists.rdist));
     gic_data.rdists.has_vlpis = true;
     gic_data.rdists.has_direct_lpi = true;
      ......
     set_handle_irq(gic_handle_irq);                                        ------(3)
    
     gic_update_vlpi_properties();                                          ------(4)
    
     if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM_GIC_V3_ITS) && gic_dist_supports_lpis())
      its_init(handle, &gic_data.rdists, gic_data.domain);                  ------(5)
    
     gic_smp_init();                                                        ------(6)
     gic_dist_init();                                                       ------(7)
     gic_cpu_init();                                                        ------(8)
     gic_cpu_pm_init();                                                     ------(9)
    
     return 0;
      ......
    }

1.  确认支持 SPI 中断号最大的值为多少。
2.  向系统中注册一个 irq domain 的数据结构，irq\_domain主要作用是将硬件中断号映射到IRQ number，后面会做详细的介绍。
3.  设定 arch 相关的 irq handler。gic\_irq\_handle 是内核 gic 中断处理的入口函数，后面会做详细的介绍。
4.  gic 虚拟化相关的内容。
5.  初始化 ITS。
6.  设置 SMP 核间交互的回调函数，用于 IPI，回到函数为 gic\_raise\_softir。
7.  初始化 Distributor。
8.  初始化 CPU interface。
9.  初始化 GIC 电源管理。

![dff1b7262596d284e357a6e74d418adb.png][]

## 中断映射 ##

当早期的系统只存在一个中断控制器，而且中断数目也不多的时候，一个很简单的做法就是一个中断号对应到中断控制器的一个号，可以说是简单的线性映射：

![8c1c05206df01722438c8707f2b7cec7.png][]

但当一个系统中有多个中断控制器，而且中断号也逐渐增加的时候。linux 内核为了应对此问题，引入了 irq\_domain 的概念。

![27f31d3faf1b18b8bd1664cd010080db.png][]

irq\_domain 的引入相当于一个中断控制器就是一个 irq\_domain。这样一来所有的中断控制器就会出现级联的布局。利用树状的结构可以充分的利用 irq 数目，而且每一个 irq\_domain 区域可以自己去管理自己 interrupt 的特性。

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的， 这时仅仅用硬中断号已经不能唯一标识一个外设中断，因此 linux kernel 提供了一个虚拟中断号的概念。

接下来我们看下硬件中断号是如何映射到虚拟中断号的。

![虚线阴影分割线][55243c704bdf2d4aff363b383b384815.png]

5T技术资源大放送！包括但不限于：C/C++，Arm, Linux，Android，人工智能，单片机，树莓派，等等。在上面的【人人都是极客】公众号内回复「peter」，即可免费获取！！

![97038a2c75339e780289934bf90db999.gif][] **记得点击****分享****、****赞****和****在看****，给我充点儿电吧**

[dff1b7262596d284e357a6e74d418adb.png]: /images/20220829/c0928aa2e38a4055a792d687de01eda0.png
[8c1c05206df01722438c8707f2b7cec7.png]: /images/20220829/099b839f27d340039b735d1481af7294.png
[27f31d3faf1b18b8bd1664cd010080db.png]: /images/20220829/8f37fdfcd9a2457892a2529fb883cafb.png
[55243c704bdf2d4aff363b383b384815.png]: /images/20220829/e1f0671a7f7e4ad898ec4c71fc5cecb2.png
[97038a2c75339e780289934bf90db999.gif]: /images/20220829/1aae020b2a60415f9780b56451429bcc.png