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（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

当有外部中断发生时，硬件会根据异常向量表，找到中断的入口地址，开始调用由操作系统提供的通用中断处理函数。而系统初始化阶段的异常向量表的设置、执行中断服务例程前后的上下文保护与恢复等等，这部分是CPU架构相关代码。

通用中断处理函数，核心是围绕着struct irq_desc来展开。在linux kernel中，对于每一个外设的中断都用struct irq_desc来描述，我们称之中断描述符，保存了中断的相关信息，如硬/软件中断号、中断服务例程等。

struct irq_desc结构体定义如下：

struct irq_desc {
	......
	struct irq_data		irq_data; // 保存软件中断号、irq domain等信息
	......

	//该中断的通用处理函数
	irq_flow_handler_t	handle_irq;
	......
	struct irqaction	*action;	/* IRQ action list */
	......

#ifdef CONFIG_SPARSE_IRQ
	struct rcu_head		rcu; 
	struct kobject		kobj;
#endif
	int			parent_irq;
	struct module		*owner;
	const char		*name;
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;

中断描述符中应该会包括底层相关的数据结构，linux kernel中把这些数据组织在一起，形成struct irq_data：

struct irq_data {
	u32			mask;
	unsigned int		irq;        //该中断的软件中断号
	unsigned long		hwirq;      //该中断的硬件中断号，仅仅限制在本中断控制器
	......
	struct irq_chip		*chip;     //该中断源连接的中断控制器
	struct irq_domain	*domain;   //用于把hwirq映射为软件中断号

#ifdef	CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
	struct irq_data		*parent_data; 
#endif
	void			*chip_data;
};

irq_chip结构体，描述一个中断控制器，定义如下：

struct irq_chip {
	struct device	*parent_device;  //指向父设备，上一级的中断控制器
	const char	*name;             //该中断控制器的name

  	//启动中断，如果设置成NULL，则默认为enable
  	unsigned int	(*irq_startup)(struct irq_data *data);

	//关闭中断，如果设置成NULL，则默认为disable
	void		(*irq_shutdown)(struct irq_data *data);

	//中断使能，如果设置成NULL，则默认为chip->unmask
	void		(*irq_enable)(struct irq_data *data);

	//中断禁止
	void		(*irq_disable)(struct irq_data *data);

	void		(*irq_ack)(struct irq_data *data);      //中断应答 
	void		(*irq_mask)(struct irq_data *data);     //中断源屏蔽
	void		(*irq_mask_ack)(struct irq_data *data); //应答并屏蔽中断
	void		(*irq_unmask)(struct irq_data *data);   //解除中断屏蔽
	void		(*irq_eoi)(struct irq_data *data);      //中断处理结束后调用

	//在SMP中设置CPU亲和力
	int		(*irq_set_affinity)(struct irq_data *data, const struct cpumask *dest, bool force);
  
 	//重新发送中断到CPU
	int		(*irq_retrigger)(struct irq_data *data);

  	//设置中断触发类型
	int		(*irq_set_type)(struct irq_data *data, unsigned int flow_type);
  
 	//使能/禁止电源管理中的唤醒功能
	int		(*irq_set_wake)(struct irq_data *data, unsigned int on);
  
	......

	//获取中断控制器的状态
	int		(*irq_get_irqchip_state)(struct irq_data *data, enum irqchip_irq_state which, bool *state);
		
	//设置中断控制器的状态
	int		(*irq_set_irqchip_state)(struct irq_data *data, enum irqchip_irq_state which, bool state);

	......

	//标志位
	unsigned long	flags;
};

当发生中断后，首先获取触发中断的硬件中断号，然后通过irq domain映射为软件中断号，然后通过软件中断号就可以获取对应的中断描述符，调用中断描述符中的handler来进行中断处理。

内核中会有一个数据结构保存了关于所有IRQ的中断描述符信息。如果打开CONFIG_SPARSE_IRQ宏，中断描述符以radix-tree来组织，用户在初始化时进行动态分配，然后再插入radix-tree中，否则中断描述符以数组的形式组织，并且已经分配好。

/* kernel\irq\irqdesc.c */
#ifdef CONFIG_SYSFS
......

static RADIX_TREE(irq_desc_tree, GFP_KERNEL);

......

#else /* !CONFIG_SPARSE_IRQ */

struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS] __cacheline_aligned_in_smp = {
	[0 ... NR_IRQS-1] = {
		.handle_irq	= handle_bad_irq,
		.depth		= 1,
		.lock		= __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(irq_desc->lock),
	}
};

......

irq_desc的handle_irq回调函数一般是指向某个中断的通用中断处理函数，即标准中断流控函数，如handle_edge_irq 、handle_fasteoi_irq等。那么具体的外设中断服务例程在哪里呢？在irq_desc的action链表里。为什么用链表？这考虑到共享中断的问题，看下图就明白了。

如图有两个设备接在一条IRQ line上，设备1和设备2产生的中断，其对应的软件中断号都是一样的，也就是说irq_desc结构体的handle_irq回调函数与软件中断号一一对应。这种情况属于多个设备可以通过同一条IRQ line来共享同一个软件中断号。

irq_desc有一成员action，类型为struct irqaction：

struct irqaction {

   //指向设备特定的中断服务例程函数的指针
	irq_handler_t		handler;
	
	/* 调用handler时传给它的参数，在多个设备共享一个irq的情况下特别重要，
     设备驱动程序通过dev_id來标识自己 */
	void			*dev_id;

	.....
 
  /*指向下一个action对象，用于多个设备共享同一个irq的情形，此时action通过next构成一个链表*/
	struct irqaction	*next;

	......
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;

驱动注册中断服务例程，实际上就是创建与初始化一个irqaction，然后插入irq_desc的action链表。

当发生中断时，执行irq_desc的handle_irq回调函数，回调函数会遍历action中的handler函数，进行具体的中断处理。