linux内核中断进入过程分析笔记

说明:linux内核版本:linux-3.4

 arch/arm/kernel/entry-armv.s中:

__irq_usr:
    /*下面两个宏分别进行栈的准备*/
	usr_entry
	kuser_cmpxchg_check
 
	irq_handler /*进一步处理中断*/
	get_thread_info tsk
	mov	why, #0
	b	ret_to_user_from_irq
 UNWIND(.fnend		)
ENDPROC(__irq_usr)
....
__irq_svc:
	svc_entry /*进行栈准备*/
	irq_handler /*进一步处理中断*/

        汇编代码会根据中断发生前的模式最终调用__irq_usr 或 __irq_svc;分别对应了中断是打断了应用层的代码还是内核层的代码;

         上面知道了调用了irq_handle; 而irq_handle与handle_arch_irq相关联;

/*arch\arm\include\asm\mach/irq.h中定义函数指针*/
#ifdef CONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER
extern void (*handle_arch_irq)(struct pt_regs *);
#endif

 
/*在arch\arm\kernel\setup.c中有定义*/
setup_arch
{
    mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); ->调用了
        for_each_machine_desc(mdesc) 
        
#ifdef CONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER
	handle_arch_irq = mdesc->handle_irq;
#endif
}

而for_each_machine_desc函数定义在arch\arm\include\asm\mach\arch.h中;内容如下:

extern struct machine_desc __arch_info_begin[], __arch_info_end[];
#define for_each_machine_desc(p)			\
	for (p = __arch_info_begin; p < __arch_info_end; p++)
 
/*
 * Set of macros to define architecture features.  This is built into
 * a table by the linker.
   用于定义体系结构特征的宏集。链接器将其内置到表中。
 */
#define MACHINE_START(_type,_name)			\
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type	\
 __used							\
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {	\
	.nr		= MACH_TYPE_##_type,		\
	.name		= _name,
 
#define MACHINE_END				\
};

其中的MACHINE_START宏很关键;不同开发板通过该宏将对应的handle_irq赋值后添加到表中;通过for_each_machine_desc查找后返回,并最终回调给handle_irq赋值的函数;

如在arch\arm\mach-hi3516a\core.c中:

MACHINE_START(HI3516A, "hi3516a")
	.atag_offset	= 0x100,
	.map_io		= hi3516a_map_io,
	.init_early	= hi3516a_init_early,
	.init_irq	= hi3516a_gic_init_irq,
	.handle_irq	= gic_handle_irq,
	.timer		= &hi3516a_sys_timer,
	.init_machine	= hi3516a_init,
	.reserve	= hi3516a_reserve,
	.restart	= hi3516a_restart,
MACHINE_END

handle_irq被赋值为gic_handle_irq;

又列如在arch\arm\mach-hi3518ev200中,被赋值为vic_handle_irq；GIC与VIC的区别自行百度;

MACHINE_START(HI3518EV200, "hi3518ev200")
	.atag_offset	= 0x100,
	.map_io		= hi3518ev200_map_io,
	.init_early	= hi3518ev200_init_early,
	.init_irq	= hi3518ev200_vic_init_irq,
	.handle_irq	= vic_handle_irq,
	.timer		= &hi3518ev200_sys_timer,
	.init_machine	= hi3518ev200_init,
	.reserve	= hi3518ev200_reserve,
	.restart	= hi3518ev200_restart,
MACHINE_END

以通用的gic_handle_irq函数分析: 源码如下:

/*arch\arm\common\gic.c中*/
asmlinkage void __exception_irq_entry gic_handle_irq(struct pt_regs *regs)
{
	u32 irqstat, irqnr;
	struct gic_chip_data *gic = &gic_data[0];
	void __iomem *cpu_base = gic_data_cpu_base(gic);
 
	do {
        //得到硬件中断线的IRQ号
		irqstat = readl_relaxed(cpu_base + GIC_CPU_INTACK);
		irqnr = irqstat & ~0x1c00;
 
		if (likely(irqnr > 15 && irqnr < 1021)) {
            //转换为内核内部的IRQ号;
			irqnr = irq_find_mapping(gic->domain, irqnr);
 
            //处理中断
			handle_IRQ(irqnr, regs);
			continue;
		}
		if (irqnr < 16) {
			writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_EOI);
#ifdef CONFIG_SMP
			handle_IPI(irqnr, regs);
#endif
			continue;
		}
		break;
	} while (1);
}

handle_IRQ函数中调用了irq_enter()函数对内核抢占计数器值进行了操作;然后又调用了generic_handle_irq函数;

// 在arch\arm\kernel\irq.c中;
 
void handle_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)
{
	struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);
 
	irq_enter();
 
	/*
	 * Some hardware gives randomly wrong interrupts.  Rather
	 * than crashing, do something sensible.
	 */
	if (unlikely(irq >= nr_irqs)) {
		if (printk_ratelimit())
			printk(KERN_WARNING "Bad IRQ%u\n", irq);
		ack_bad_irq(irq);
	} else {
		generic_handle_irq(irq);//中断上半部处理完,即该函数返回;
	}
 
	/* AT91 specific workaround */
	irq_finish(irq);
 
	irq_exit();
	set_irq_regs(old_regs);
}

函数generic_handle_irq中,有一个结构体类型struct irq_desc 是对系统中的单个中断的抽象;系统有多少个中断源就应该有多少个这样的对象;这些对象可能存在数组中或基数树中,并且是在内核启动过程中构建好的;

int generic_handle_irq(unsigned int irq)
{
	struct irq_desc *desc = irq_to_desc(irq); //通过中断号获取中断描述结构体
 
	if (!desc)
		return -EINVAL;
	generic_handle_irq_desc(irq, desc);
	return 0;
}

generic_handle_irq_desc函数中继续调用desc->handle_irq(irq, desc);

 handle_irq函数根据中断的触发类型是电平还是边沿,对应调用kernel\irq\chip.c中的函数handle_level_irq 或 handle_edge_irq 函数;

这两个函数都调用了 handle_irq_event(desc);  在该函数中又调用了kernel\irq\handle.c下的 handle_irq_event_percpu(desc, action); 函数，通过do while循环遍历链表中的action, 并调用action->handler(irq, action->dev_id);  而action中的handler所指向的函数指针指向驱动开发者编写的中断处理函数的指针；

 其中的action成员为struct irqaction结构类型,定义如下:

struct irqaction {
	irq_handler_t		handler; //指向驱动开发者编写的中断处理函数的指针;
	unsigned long		flags;//IRQF_*开头的一组标志;
	void			*dev_id; //区别共享中断中的不同设备的ID
	void __percpu		*percpu_dev_id;
	struct irqaction	*next;//将共享同一IRQ号的struct irqaction对象链接在一起的指针;
	int			irq;          //中断号
	irq_handler_t		thread_fn;//线程中断的中断能处理程序函数;
	struct task_struct	*thread;
	unsigned long		thread_flags;
	unsigned long		thread_mask;
	const char		*name;//设备名
	struct proc_dir_entry	*dir;
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;

共享中断: 由于中断控制器管脚有限,某些体系结构上有两个或两个以上的设备被接到同一根中断线上,这样这两个设备中的任何一个设备产生了中断;都会触发;

linux内核不能判断新产生的中断属于哪个设备,于是将一根中断线上的中断处理函数通过不同的struct irqaction结构体包装起来,然后通过链表连接；内核得到IRQ号后,就遍历该链表上的每一个struct irqaction结构体对象,找到后调用其handle成员所指向的中断处理函数;