Linux中断子系统分析之（一）：整体架构

Linux中断子系统分析之（一）：整体框架
Linux中断子系统分析之（二）：通用的中断处理
Linux中断子系统分析之（三）：irq domain
Linux中断子系统分析之（四）：驱动程序申请中断

中断的硬件框架

处理器一般只有两根左右的中断引脚，而管理的外设却很多。为了解决这个问题，现代设备的中断信号线并不是与处理器直接相连，而是与一个称为中断控制器的设备相连接，后者才跟处理器的中断引脚直接连接。一个中断硬件组成架构的示例，如下图：

中断控制器有的是支持多个CPU，如ARM的GIC、x86的APIC，有的不支持。

在庞大复杂的硬件系统中，外设很多，硬件系统中可能就不止一个中断控制器了，中断控制器可以级联。一个中断级联的硬件框架示例，如下图：

Linux的中断子系统的软件框架图如下所示：

最上面的driver层，是中断的使用者，使用Linux kernel通用中断处理模块的API。

通用中断处理层，是硬件代码无关，抽象了一套数据结构与接口实现irq相关的管理，提供了通用的中断处理函数。

CPU arch相关的中断处理，如异常向量表相关设置、中断上下文的保护与恢复等，和系统使用的具体的CPU arch相关。

中断控制器驱动，实现中断控制器的编程接口，与系统使用的中断控制器相关。

最底层的就是硬件层，包括CPU和中断控制器。

基本概念

IRQ number

在Linux kernel中，使用IRQ number标识一个中断，每个IRQ number在系统中是唯一的。当发送中断时，内核可以根据IRQ number找到对应的中断服务例程。这个IRQ number是一个虚拟的interrupt ID，和硬件无关，仅仅是被CPU用来标识一个中断，也被叫做软件中断号。

HW interrupt ID

对于中断控制器而言，它收集了多个外设的中断并向上传递，因此，中断控制器需要对外设中断进行编号。中断控制器使用HW interrupt ID来标识外设的中断。HW interrupt ID也被叫做硬件中断号。

irq domain

在一个硬件相对简单的系统里，只有一个中断控制器，硬件中断号可以直接作为软件中断号，但在一个有中断控制器级联的系统里，就不能这样这么做了。比如控制器A接有一个外设，对应的硬件中断号为1，而控制器B接有的一外设，对应的硬件中断号同样为1，所以需要将硬件中断号映射为软件中断号。面对越来越复杂的系统，Linux中断子系统提供了相应的映射机制，通过irq domain来解决映射的问题。所谓domain，就是领域，范围的意思，也就是说，任何的定义出了这个范围就没有意义了。每个中断控制器都可以连接若干个外设的中断请求（interrupt source），中断控制器会对连接其上的interrupt source进行编号（硬件中断号），但这个编号仅仅限制在本中断控制器，所以每个中断控制器都相当于一个irq domain，irq domain是由中断控制器驱动创建和负责维护的。

中断流控处理

因为各种中断请求的电气特性会有所不同，又或者中断控制器的特性也不同，这会导致以下这些处理也会有所不同：

• 何时对中断控制器发出ack回应；
• 对于电平中断触发的中断，mask_irq和unmask_irq的处理，
• 有些中断控制器需要eoi回应，有些不用；

这叫做中断的流控处理。
为此，通用中断子系统把几种常用的流控类型进行了抽象，并为它们实现了相应的标准函数。
目前的通用中断子系统实现了以下这些标准流控回调函数：

• handle_simple_irq 用于简易流控处理；
• handle_level_irq 用于电平触发中断的流控处理；
• handle_edge_irq 用于边沿触发中断的流控处理；
• handle_fasteoi_irq 用于需要响应eoi的中断控制器；