ARM64 linux -- 软中断

GIC 架构

在分析软中断之前，先分析GIC架构，通过GIC 来了解中断处理的宏观逻辑，之后介绍软中断引入原因以及具体的使用方式。

 GIC分成两大部分： distributor 和  CPU interface, distributor 连接外设中断源，而CPU interface 连接CPU。

Distributor

Distributor 根据 irq 优先级分发 irq 到 CPU,它有如下特征

• 整体控制分发interrupt 到 CPU
• 单独 enable/disable interrupt
• 设置 interrupt 优先级
• 设置 irq 的处理 CPU
• 设置 interrupt 的触发方式： 边缘触发 或者电平触发
• 设置 interrupt 的 group: group0 或者 group1.

CPU interfaces

• enable 处理器的中断请求信号
• 发送 ack 信号
• 提示中断处理结束
• 设置中断优先级
• 设置处理器的处理竞争策略
• 设置最高优先级的 pending interrupt

不同于软件上的理解，我们通常说的中断触发，是先经由中断源通过 distributor 送给GIC，之后经由 GIC 的CPU interface 按照优先级送到CPU 进行处理。而CPU在处理之后需要发送ACK。

为什么需要软中断

要解释为什么需要软中断，在 中断架构 中，我们提到中断上下文的概念，在早期的实现中，支持中断嵌套，这带来了不确定性，因此通常在irq 处理上下文中，会关闭中断响应，如果 irq handler 处理时间过长，就会导致进程得不到调度，从而引起一系列问题。为了解决这个问题，linux 提出了中断 top half 和 bottom half 的概念。

在 top half 中，系统只作对中断的响应，剩下的逻辑会在 irq enable 之后放在 bottom half 中处理。

 中断底半部的实现

中断底半部有三种实现方式： softirq, tasklet, workqueue. 其目的都是为了解决 irq  disable 问题。对于 softirq 通常是固定好的，比如 timer, 一般作驱动开发不会使用到，所以这里主要列举tasklet 和 workqueue 使用方式。

 tasklet 典型使用

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/sched.h>

void do_something(unsigned long args)
{
    pr_err("%s\n", __func__);

    schedule();
}

static struct tasklet_struct task;

static int test_bh_init(void)
{
    printk(KERN_ERR "%s\n", __func__);
    tasklet_init(&task, do_something, 0);

    tasklet_schedule(&task);

    return 0;
}

static void test_bh_exit(void)
{
    printk(KERN_ERR "%s\n", __func__);
    tasklet_kill(&task);
}

module_init(test_bh_init);
module_exit(test_bh_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("xxx");

workqueue 典型使用

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kfifo.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/slab.h>

typedef struct debug_data {
    int irq;
    struct work_struct worker;
} debug_data_t;


void do_somework(struct work_struct *work)
{
    debug_data_t *data = container_of(work, debug_data_t, worker);

    pr_err("irq:%d\n", data->irq);
}

static debug_data_t *global_data = NULL;
static int debug_workqueue_init(void)
{
    global_data = (debug_data_t *)kmalloc(sizeof(debug_data_t), GFP_KERNEL);
    if (!global_data) {
        pr_err("no memory");
        return -ENOMEM;
    }

    global_data->irq = 102;
    INIT_WORK(&global_data->worker, do_somework);

    schedule_work(&global_data->worker);
    return 0;
}

static void debug_workqueue_exit(void)
{
    if (global_data)
        kfree(global_data);
}

module_init(debug_workqueue_init);
module_exit(debug_workqueue_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_LICENSE("xxx");

小问题

如果在 irq handler、 softirq handler 中调用 schedule, 会出现异常吗？可以尝试一下。结果可能和常识上有些偏差。