linux stm32mp157 GIC-V2 中断处理过程分析-优快云博客

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/* 【】 gic_handle_irq 函数
** tip1:
** 经证明，中断触发时，调用的 handle_arch_irq 入口地址。
** 因为此时，挂接的就是 gic_handle_irq 函数！gic_handle_irq 是个全局函数指针，
** static void __exception_irq_entry gic_handle_irq(struct pt_regs *regs)
** 它是Linux内核中处理GIC中断的核心函数，响应来自GIC的中断请求，完成中断状态的读取、
** 确认（ACK）、处理（ISR调用）和结束（EOI）的完整生命周期。函数通过循环处理可能存在
** 的多个挂起中断。
** 形参 regs 是 long 类型的数组指针，用于保存CPU切换上下文时刻的CPU寄存器现场数据。
**
** tip2:
** ARM的GIC-V2架构手册内，对中断ID号段的类型划分如下：
**  0-15    软中断(SGI)，核间私有；Software-generated interrupt (SGI) 。
**  16-31   外设私有中断(PPI)，核间私有；Private Peripheral Interrupt (PPI) 。
**  32-1019 外设共享中断(SPI)，核间共享；Shared Peripheral Interrupt (SPI) 。
**  1020-1023 当前仍被保留的中断编号。
**
** tip3:
** SGI是GIC(通用中断控制器)提供的一种硬件中断类型，物理上由 GIC 直接支持，通过写
** GIC 的寄存器（如 `GICD_SGIR`）触发。属于ARM的GIC硬件模块里的中断编号域（0~15），
** SoftIRQ(软中断)是Linux内核实现的延迟处理机制，完全由软件实现，没有直接的硬件支持。
** 所以，从中断控制器的角度上看ISR:
**      中断上半部就是真正的ISR，而中断下半部不是ISR，只是被OS内核优先安排的机制。
** 但是，从linux的角度看ISR：
**      中断上下半部都是ISR的完整体不可或缺的一部分！只是出于效率，才将下半部安排到
**      内核线程中执行的！这俩货少了谁，这ISR都是会出严重错误的！！！
*/
static void __exception_irq_entry gic_handle_irq(struct pt_regs *regs)
{
	u32 irqstat, irqnr;
	/* gic_data 是 struct gic_chip_data 类型的全局数组 */
	struct gic_chip_data *gic = &gic_data[0];
	void __iomem *cpu_base = gic_data_cpu_base(gic);

	/*
	** 多中断处理：当多个中断同时到达时，GIC会通过优先级排序依次处理，直到无挂起中断。
	** 抢占限制：Linux默认不启用中断抢占，当前中断处理完成后才会响应新中断。
	** RTOS几乎都是中断抢占的！
	*/
	do {
		/* 读取CPU接口的GICC_IAR（Interrupt Acknowledge Register），
		该操作会返回当前最高优先级的中断ID，并将该中断状态从Pending转为Active。 */
		irqstat = readl_relaxed(cpu_base + GIC_CPU_INTACK);
		/* 获得硬中断ID：GICC_IAR_INT_ID_MASK用于过滤保留位，仅保留有效中断号（0-1019） */
		irqnr = irqstat & GICC_IAR_INT_ID_MASK;

		/* 外设中断处理（PPI和SPI:16-1019） */
		if (likely(irqnr > 15 && irqnr < 1020)) {
			if (static_branch_likely(&supports_deactivate_key))
				/* EOI操作：向GICC_EOIR寄存器写入中断ID，
				   通知GIC中断处理完成，状态从Active转为Inactive */
				writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_EOI);
			isb();
			/* 路由对应的ISR：handle_domain_irq通过中断描述符表
			   （gic->domain）找到对应的中断处理函数（ISR）。 */
			handle_domain_irq(gic->domain, irqnr, regs);
			continue;
		}
		if (irqnr < 16) { /* SGI的中断处理（SGI:0-15）专门处理CPUs的核间通信 */
			writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_EOI);
			if (static_branch_likely(&supports_deactivate_key))
				writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_DEACTIVATE);
#ifdef CONFIG_SMP  /* 若支持多核CPU的协同处理 */
			smp_rmb();
			handle_IPI(irqnr, regs); //核间通信
#endif
			continue;
		}
		break;
	} while (1);
}

两条路线的对比

这两条路线，最终都执行到了__handle_domain_irq 函数这里来，但是他们传入的参数不同。

实际采纳的路线 gic_handle_irq：

默认路线：

所以得出结论，不支持domain路由机制的旧版本的 linux generic interrupt layer 正如2.6.25版本说的，这种legacy，只是为了向前兼容，会慢慢过度，直到被废弃。

GIC-V3 重要的新特性 Affinity routing

这个比较重要，硬件层面新增了许多实用的特性来支持linux这种操作系统里中断管理层的工作，互相配合，提升性能。 Affinity 有关于实时性的支持。 GIC-V2 不支持 Affinity ，是V3版本后引入的。

在嵌入式linux中，IRQ编号是对机器上不同中断源的枚举。通常情况下，枚举的是系统中所有中断控制器的输入引脚。IRQ是一个虚拟的中断ID，与硬件无关。 linux IRQ号始终与 irq_desc 数据结构绑定，该数据结构代表了 IRQ 号。

irq_domain里关联着一些成对的硬件中断号 hwirq 与逻辑中断号 virq 的路由关系。

某个层级的domain里的这些成对绑定的irq仅仅针对本层级有意义。

hwirqx 是从本层级硬件控制器的相关中断寄存器内读取的数值；对应的 virqx 身后的 virqx_desc 则是对 hwirqx 信号的响应，这种相应要么流控到下一级别的控制器，要么流控到 ISR ，当然前提是这些响应需要下一级提前注册好。

irq 与 irq_desc 的绑定关系存在于哪里？

在 Linux 5.4.31 内核中，当启用 CONFIG_SPARSE_IRQ（稀疏 IRQ 模式）时，所有动态分配的 irq_desc 实例确实存储在基数树 irq_desc_tree 中：

存储位置：\linux-5.4.31\kernel\irq\irqdesc.c （CONFIG_SPARSE_IRQ=y）

全局声明： static RADIX_TREE(irq_desc_tree, GFP_KERNEL); 作用域：全局。

IRQ 号与 irq_desc 的绑定关系通过 基数树（Radix Tree）或 XArray 存储在内核内存中。
访问方式：
- 通过 __irq_alloc_descs 函数的派生形式，如 irq_alloc 函数，分配并初始化一组中断描述符；
- 通过 irq_to_desc(irq) 函数查找指定irq的描述符。
- 通过 delete_irq_desc 函数，删除指定irq的描述符；
设计优势：动态分配、高效查找、支持多级中断控制器的复杂映射。
基数树角色：作为全局数据库，动态管理稀疏的 irq_desc，优化内存使用。
操作效率：通过 O(k) 复杂度实现快速查找和动态扩展。
演进方向：XArray 逐步替代基数树，提供更高效的内存管理。

irq 与 hwirq 的绑定关系存在于哪里？

存储位置:
- hwirq → irq 的映射存储在 irq_domain.revmap_tree（基数树）。
- irq → hwirq 的映射存储在 irq_data.hwirq。
级联支持：多级中断控制器通过父子 irq_domain 的协作传递绑定关系。
关键数据结构：irq_domain 和 irq_data 共同维护中断号的双向映射。

在linux中断子系统内，关于中断域irq_domain：

每个独立的中断域对应一个中断控制器；
每个独立的中断域负责对应控制器在中断系统内的路由；
中断的路由（级联流控）过程中，需要：
- 中断域提供中断号间映射服务，同时也需要，
- 中断描述符提供其本层级的个性化路由流控服务（handle_riq）；
每个独立的中断域内存放有独立的映射过程需要的数据，具体存放在域内的成员：
- 线性映射（Linear）：linear_revmap[] ；
- 树形映射（Tree）：revmap_tree (基于 Radix Tree 基数树实现)；
- 其他类型：如 simple（固定映射）、hierarchy（层级映射）等。
- 注意：这些元数据是仅维护本层级中断号间映射的数据集合，是独立的。

每个独立的中断域，共享统一的映射算法：
- 线性映射：使用数组 linear_revmap[]，复杂度 O(1)。
- 树形映射：使用基数树 revmap_tree，复杂度 O(log n)。
- 简单映射：直接预定义 HW IRQ → VIRQ 的偏移（如 virq = hwirq + offset）。
级联中断的路由是跨 irq_domain 的协作过程，需父域和子域共同完成。当父控制器检测到子控制器的中断时,父域与子域的协作：
1. 父控制器通过 irq_domain 解析出子控制器的 virq。
2. 调用 generic_handle_irq(child_virq)，触发子控制器的流控逻辑。
3. 子控制器的 irq_desc->handle_irq 处理具体中断（如 handle_edge_irq）。