Linux中断子系统（四）之中断申请注册

淡淡的烟草味﹌ 2022-09-11 04:28 372阅读 0赞

# Linux中断子系统（四）之中断申请注册 #

备注：  
  1. Kernel版本：5.4  
  2. 使用工具：Source Insight 4.0  
  3. 参考博客：  
[Linux中断子系统（一）中断控制器及驱动分析][Linux]  
[Linux中断子系统（二）-通用框架处理][Linux_-]  
[吐血整理 | 肝翻Linux中断所有知识点][_ _Linux]  
[Linux kernel中断子系统之（五）：驱动申请中断API][Linux kernel_API]

### 文章目录 ###

*  Linux中断子系统（四）之中断申请注册
 *   *  前言
     *  中断号的获取流程
     *  中断标志位的含义
     *  中断的注册流程

## 前言 ##

中断的处理主要有以下几个功能模块：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；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；上述的描述比较简单，更详细的过程，往下看吧。

## 中断号的获取流程 ##

设备硬件中断号到Linux irq中断号的映射  
![请添加图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

*  硬件设备的中断信息都在设备树device tree中进行了描述，在系统启动过程中，这些信息都已经加载到内存中并得到了解析；  
      
 *  驱动中通常会使用platform\_get\_irq或irq\_of\_parse\_and\_map接口，去根据设备树的信息去创建映射关系（硬件中断号到linux irq中断号映射）；  
      
 *  在irq\_create\_fwspec\_mapping接口中，会先去找到匹配的irq domain，再去回调该irq domain中的函数集，通常irq domain都是在中断控制器驱动中初始化的，以ARM GICv2为例，最终回调到gic\_irq\_domain\_hierarchy\_ops中的函数；  
      
 *  如果已经创建好了映射，那么可以直接进行返回linux irq中断号了，否则的话需要irq\_domain\_alloc\_irqs来创建映射关系；

irq\_domain\_alloc\_irqs完成两个工作：

*  针对linux irq中断号创建一个irq\_desc中断描述符；  
      
 *  调用domain->ops->alloc函数来完成映射，在ARM GICv2驱动中对应gic\_irq\_domain\_alloc函数，这个函数很关键，所以下文介绍一下；

gic\_irq\_domain\_alloc函数如下：  
![请添加图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

*  gic\_irq\_domain\_translate：负责解析出设备树中描述的中断号和中断触发类型（边缘触发、电平触发等）；  
      
 *  gic\_irq\_domain\_map：将硬件中断号和linux中断号绑定到一个结构中，也就完成了映射，此外还绑定了irq\_desc结构中的其他字段，最重要的是设置了irq\_desc->handle\_irq的函数指针，这个最终是中断响应时往上执行的入口，这个是关键，下文讲述中断处理过程时还会提到；  
      
 *  根据硬件中断号的范围设置irq\_desc->handle\_irq的指针，共享中断入口为handle\_fasteoi\_irq，私有中断入口为handle\_percpu\_devid\_irq；

上述函数执行完成后，完成了两大工作：

1.  硬件中断号与Linux中断号完成映射，并为Linux中断号创建了irq\_desc中断描述符；
2.  数据结构的绑定及初始化，关键的地方是设置了中断处理往上执行的入口；

## 中断标志位的含义 ##

#define IRQF_SHARED                    0x00000080 //多个设备共享一个中断号，需要外设硬件支持 
    #define IRQF_PROBE_SHARED       0x00000100 //中断处理程序允许sharing mismatch发生 
    #define __IRQF_TIMER                    0x00000200 //时钟中断 
    #define IRQF_PERCPU                     0x00000400 //属于特定CPU的中断 
    #define IRQF_NOBALANCING         0x00000800 //禁止在CPU之间进行中断均衡处理 
    #define IRQF_IRQPOLL                    0x00001000 //中断被用作轮训 
    #define IRQF_ONESHOT                 0x00002000 //一次性触发的中断，不能嵌套，
                                                                                 //1）在硬件中断处理完成后才能打开中断；
                                                                                //2）在中断线程化中保持关闭状态，直到该中断源上的所有thread_fn函数都执行完 
    #define IRQF_NO_SUSPEND             0x00004000 //系统休眠唤醒操作中，不关闭该中断 
    #define IRQF_FORCE_RESUME          0x00008000 //系统唤醒过程中必须强制打开该中断 
    #define IRQF_NO_THREAD               0x00010000 //禁止中断线程化 
    #define IRQF_EARLY_RESUME           0x00020000 //系统唤醒过程中在syscore阶段resume，而不用等到设备resume阶段 
    #define IRQF_COND_SUSPEND        0x00040000 //与NO_SUSPEND的用户共享中断时，执行本设备的中断处理函数
    
    #define IRQF_TIMER		(__IRQF_TIMER | IRQF_NO_SUSPEND | IRQF_NO_THREAD)

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>定义</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>IRQF_SHARED</td> 
   <td>这是flag用来描述一个interrupt line是否允许在多个设备中共享。如果中断控制器可以支持足够多的interrupt source，那么在两个外设间共享一个interrupt request line是不推荐的，毕竟有一些额外的开销（发生中断的时候要逐个询问是不是你的中断，软件上就是遍历action list），因此外设的irq handler中最好是一开始就启动判断，看看是否是自己的中断，如果不是，返回IRQ_NONE,表示这个中断不归我管。 早期PC时代，使用8259中断控制器，级联的8259最多支持15个外部中断，但是PC外设那么多，因此需要irq share。现在，ARM平台上的系统设计很少会采用外设共享IRQ方式，毕竟一般ARM SOC提供的有中断功能的GPIO非常的多，足够用的。 当然，如果确实需要两个外设共享IRQ，那也只能如此设计了。对于HW，中断控制器的一个interrupt source的引脚要接到两个外设的interrupt request line上，怎么接？直接连接可以吗？当然不行，对于低电平触发的情况，我们可以考虑用与门连接中断控制器和外设。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_PERCPU</td> 
   <td>对于这种interrupt，不是processor之间共享的，而是特定属于一个CPU的。例如GIC中interrupt ID等于30的中断就是per cpu的（这个中断event被用于各个CPU的local timer），这个中断号虽然只有一个，但是，实际上控制该interrupt ID的寄存器有n组（如果系统中有n个processor），每个CPU看到的是不同的控制寄存器。在具体实现中，这些寄存器组有两种形态，一种是banked，所有CPU操作同样的寄存器地址，硬件系统会根据访问的cpu定向到不同的寄存器，另外一种是non banked，也就是说，对于该interrupt source，每个cpu都有自己独特的访问地址。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_NOBALANCING</td> 
   <td>这也是和multi-processor相关的一个flag。对于那些可以在多个CPU之间共享的中断，具体送达哪一个processor是有策略的，我们可以在多个CPU之间进行平衡。如果你不想让你的中断参与到irq balancing的过程中那么就设定这个flag</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_ONESHOT</td> 
   <td>one shot本身的意思的只有一次的，结合到中断这个场景，则表示中断是一次性触发的，不能嵌套。对于primary handler，当然是不会嵌套，但是对于threaded interrupt handler，我们有两种选择，一种是mask该interrupt source，另外一种是unmask该interrupt source。一旦mask住该interrupt source，那么该interrupt source的中断在整个threaded interrupt handler处理过程中都是不会再次触发的，也就是one shot了。这种handler不需要考虑重入问题。具体是否要设定one shot的flag是和硬件系统有关的，我们举一个例子，比如电池驱动，电池里面有一个电量计，是使用HDQ协议进行通信的，电池驱动会注册一个threaded interrupt handler，在这个handler中，会通过HDQ协议和电量计进行通信。对于这个handler，通过HDQ进行通信是需要一个完整的HDQ交互过程，如果中间被打断，整个通信过程会出问题，因此，这个handler就必须是one shot的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_NO_SUSPEND</td> 
   <td>这个flag比较好理解，就是说在系统suspend的时候，不用disable这个中断，如果disable，可能会导致系统不能正常的resume。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_FORCE_RESUME</td> 
   <td>在系统resume的过程中，强制必须进行enable的动作，即便是设定了IRQF_NO_SUSPEND这个flag。这是和特定的硬件行为相关的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQF_NO_THREAD</td> 
   <td>有些low level的interrupt是不能线程化的（例如系统timer的中断），这个flag就是起这个作用的。另外，有些级联的interrupt controller对应的IRQ也是不能线程化的（例如secondary GIC对应的IRQ），它的线程化可能会影响一大批附属于该interrupt controller的外设的中断响应延迟。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 中断的注册流程 ##

设备驱动中，获取到了irq中断号后，通常就会采用request\_irq/request\_threaded\_irq来注册中断，其中request\_irq用于注册普通处理的中断，request\_threaded\_irq用于注册线程化处理的中断；

![请添加图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

*  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：

1. 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；  
  2. 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；  
  3. 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；

--------------------

**request\_threaded\_irq函数分析：**

int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
    			 irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
    			 const char *devname, void *dev_id)
    {
    	struct irqaction *action;
    	struct irq_desc *desc;
    	int retval;
    
    	if (irq == IRQ_NOTCONNECTED)
    		return -ENOTCONN;
    
    	/*
    	 * Sanity-check: shared interrupts must pass in a real dev-ID,
    	 * otherwise we'll have trouble later trying to figure out
    	 * which interrupt is which (messes up the interrupt freeing
    	 * logic etc).
    	 *
    	 * Also IRQF_COND_SUSPEND only makes sense for shared interrupts and
    	 * it cannot be set along with IRQF_NO_SUSPEND.
    	 */
    	if (((irqflags & IRQF_SHARED) && !dev_id) ||//对于那些需要共享的中断，在request irq的时候需要给出dev id，否则会出错退出。
    	    (!(irqflags & IRQF_SHARED) && (irqflags & IRQF_COND_SUSPEND)) ||
    	    ((irqflags & IRQF_NO_SUSPEND) && (irqflags & IRQF_COND_SUSPEND)))
    		return -EINVAL;
    
    	desc = irq_to_desc(irq);//通过IRQ number获取对应的中断描述符
    	if (!desc)
    		return -EINVAL;
    
    	//并非系统中所有的IRQ number都可以request，
    	//有些中断描述符被标记为IRQ_NOREQUEST，
    	//标识该IRQ number不能被其他的驱动request。
    	if (!irq_settings_can_request(desc) ||
    	    WARN_ON(irq_settings_is_per_cpu_devid(desc)))//判断一个中断描述符是否需要传递per cpu的device ID
    		return -EINVAL;
    
    		
    //	handler threaded_handler			描述
    //	NULL		NULL			函数出错，返回-EINVAL
    //	设定			设定				正常流程。中断处理被合理的分配到primary handler和threaded handler中。
    //	设定			NULL			中断处理都是在primary handler中完成
    //								这种情况下，系统会帮忙设定一个
    //	NULL		设定				default的primary handler：irq_default_primary_handler，
    //								协助唤醒threaded handler线程
    	if (!handler) {
    		if (!thread_fn)
    			return -EINVAL;
    		handler = irq_default_primary_handler;
    	}
    
    	//初始化 irqaction
    	action = kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
    	if (!action)
    		return -ENOMEM;
    
    	action->handler = handler;
    	action->thread_fn = thread_fn;
    	action->flags = irqflags;
    	action->name = devname;
    	action->dev_id = dev_id;
    
    	retval = irq_chip_pm_get(&desc->irq_data);
    	if (retval < 0) {
    		kfree(action);
    		return retval;
    	}
    
    	retval = __setup_irq(irq, desc, action);
    
    	if (retval) {
    		irq_chip_pm_put(&desc->irq_data);
    		kfree(action->secondary);
    		kfree(action);
    	}
    
    #ifdef CONFIG_DEBUG_SHIRQ_FIXME
    	if (!retval && (irqflags & IRQF_SHARED)) {
    		/*
    		 * It's a shared IRQ -- the driver ought to be prepared for it
    		 * to happen immediately, so let's make sure....
    		 * We disable the irq to make sure that a 'real' IRQ doesn't
    		 * run in parallel with our fake.
    		 */
    		unsigned long flags;
    
    		disable_irq(irq);
    		local_irq_save(flags);
    
    		handler(irq, dev_id);
    
    		local_irq_restore(flags);
    		enable_irq(irq);
    	}
    #endif
    	return retval;
    }
    EXPORT_SYMBOL(request_threaded_irq);

--------------------

**\_\_setup\_irq函数分析：**  
![请添加图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

[Linux]: https://www.cnblogs.com/LoyenWang/p/12996812.html
[Linux_-]: https://www.cnblogs.com/LoyenWang/p/13052677.html
[_ _Linux]: https://mp.weixin.qq.com/s/e0Zj8MFMF921O_UAAj2phw
[Linux kernel_API]: http://www.wowotech.net/irq_subsystem/request_threaded_irq.html
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/8622e2b9f5434cb889383fa0e8128d09.png
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