自己做游戏app的网站吗,如何建单页网站栏目,企业信息管理系统实训报告,加大整合力度网站集约建设Linux中断处理流程 在Linux内核中#xff0c;中断控制器管理硬件中断号到Linux中断号的映射#xff0c;并通过中断描述符#xff08;struct irq_desc#xff09;进行管理。存储这种映射关系的方式取决于中断编号的连续性#xff0c;具体实现如下#xff1a; 1. 数组存储中断控制器管理硬件中断号到Linux中断号的映射并通过中断描述符struct irq_desc进行管理。存储这种映射关系的方式取决于中断编号的连续性具体实现如下 1. 数组存储连续中断号 适用场景当中断号是连续的且数量有限时内核使用静态数组存储映射关系。 实现方式 定义一个全局数组 irq_desc[NR_IRQS]其中 NR_IRQS 是内核支持的最大中断号数量。 每个中断号直接对应数组的索引。例如中断号 n 的描述符为 irq_desc[n]。 初始化时所有描述符预分配并填充默认值如 handle_bad_irq、depth1 等确保未使用的中断号也有有效描述符。 优点访问速度快O(1)时间复杂度内存连续适合密集且连续的编号。 缺点若中断号稀疏或范围较大如存在空洞或超大编号会导致内存浪费。 2. 基数树存储稀疏中断号 适用场景当中断号不连续或范围较大时使用基数树Radix Tree动态管理映射。 实现方式 内核配置需开启 CONFIG_SPARSE_IRQ。 基数树按需分配节点仅存储实际使用的中断号及其对应的 irq_desc。 Linux中断号由内核动态分配与硬件中断号解耦避免静态数组的限制。 优点节省内存支持稀疏或超大中断号。 缺点访问复杂度略高接近 O(log n)动态分配需要额外开销。 1.中断描述符 1. 作用 struct irq_desc 是Linux内核中用于管理单个中断源的核心数据结构。每个硬件中断号或虚拟中断号在内核中对应一个 irq_desc 实例负责记录中断的状态、处理函数、锁机制以及关联的设备处理动作。它是中断子系统的基础确保中断能够被正确路由和处理。 2. 核心字段 以下是 struct irq_desc 中最重要的字段及其作用 字段名类型说明irq_datastruct irq_data存储与中断控制器相关的底层信息如硬件中断号、触发方式边沿/电平、中断芯片等。handle_irqirq_flow_handler_t指向中断流处理函数如 handle_edge_irq 或 handle_level_irq负责处理中断的上下半部。actionstruct irqaction *指向 irqaction 链表的头节点表示注册到该中断的所有设备处理函数。lockspinlock_t自旋锁保护中断描述符的并发访问。depthunsigned int中断禁用计数器depth 0 表示中断被禁用。statusunsigned int中断状态标志如 IRQ_DISABLED、IRQ_INPROGRESS。 2.irq_desc、irq_chip和irq_domain的区别 1. 核心区别 组件作用层级核心职责irq_desc管理单个中断源的处理逻辑和状态包括中断处理函数、设备注册信息、锁机制等。高层抽象中断的软件管理状态、处理流程irq_chip定义中断控制器的硬件操作接口如使能、禁用、确认中断屏蔽不同中断控制器的差异。底层硬件抽象直接操作中断控制器的硬件行为irq_domain管理硬件中断号HW IRQ到Linux虚拟中断号IRQ的映射关系支持复杂中断拓扑结构。中间抽象层中断号映射与多中断控制器的协调 2. 关键结构与功能 (1) irq_desc中断描述符 核心字段 irq_data关联底层硬件信息如 irq_chip 和 irq_domain。 handle_irq中断流处理函数如 handle_edge_irq。 action设备驱动注册的中断处理函数链表irqaction。 lock保护并发访问的自旋锁。 作用记录中断状态、处理流程和设备注册信息是中断管理的核心单元。 (2) irq_chip中断控制器抽象 核心操作函数 struct irq_chip {void (*enable)(struct irq_data *data); // 使能中断void (*disable)(struct irq_data *data); // 禁用中断void (*ack)(struct irq_data *data); // 确认中断处理完成int (*set_type)(struct irq_data *data, unsigned int type); // 设置触发类型边沿/电平
}; 作用为不同中断控制器如PIC、APIC、GIC提供统一硬件操作接口实现硬件无关性。 (3) irq_domain中断域 核心功能 将硬件中断号HW IRQ映射到Linux虚拟中断号IRQ。 支持多种映射方式线性映射、树形映射、动态分配。 管理多级中断控制器的级联关系如GPIO控制器级联到主中断控制器。 关键方法 struct irq_domain_ops {int (*map)(struct irq_domain *d, unsigned int virq, irq_hw_number_t hwirq);void (*unmap)(struct irq_domain *d, unsigned int virq);// 其他方法如分配、释放中断号
}; 3. 层级关系与协作流程 层级关系 irq_domain → irq_desc → irq_chip irq_domain负责硬件中断号到Linux中断号的映射生成对应的 irq_desc。 irq_desc通过 irq_data 关联到 irq_domain 和 irq_chip。 irq_chip通过 irq_data 获取硬件上下文执行具体的中断控制器操作。 协作流程示例以中断触发为例 硬件中断触发设备产生硬件中断号 hwirq。 映射到Linux中断号irq_domain 将 hwirq 转换为Linux虚拟中断号 virq。 获取中断描述符通过 virq 找到对应的 irq_desc。 处理中断 调用 irq_desc-handle_irq 执行中断流处理。 遍历 irq_desc-action 链表执行设备驱动注册的中断处理函数。 操作硬件通过 irq_desc-irq_data-irq_chip 调用 ack() 或 disable() 等函数操作中断控制器。 4. 设计意义与应用场景 组件设计目标典型应用场景irq_desc统一管理中断状态和流程所有中断处理场景如设备驱动注册中断irq_chip抽象不同中断控制器的硬件操作适配不同硬件平台如ARM GIC、x86 APICirq_domain解决复杂中断号映射问题多级中断控制器、动态中断分配如PCI设备 多级中断控制器 例如GPIO控制器级联到主中断控制器时每个控制器有自己的 irq_domainirq_domain 负责级联中断号的映射。 动态中断分配 PCI设备的中断号可能动态变化irq_domain 使用基数树动态分配Linux中断号。 5. 总结对比 特性irq_descirq_chipirq_domain核心职责中断状态管理与处理流程中断控制器的硬件操作硬件中断号到Linux中断号的映射依赖关系通过 irq_data 关联 irq_chip 和 irq_domain由 irq_data 提供硬件上下文独立管理中断号映射生成 irq_desc典型操作注册中断处理函数、管理中断禁用计数使能/禁用中断、确认中断分配/释放中断号、处理多级中断控制器级联设计目标统一中断处理逻辑屏蔽硬件差异解决复杂中断拓扑的映射问题 6. 关联示意图 硬件中断 (hwirq)│▼
irq_domain映射 hwirq → virq│▼
irq_descvirq对应的描述符│▼
irq_chip操作中断控制器硬件 通过 irq_domain、irq_desc 和 irq_chip 的分工协作Linux内核实现了对中断的全面管理 irq_domain 解决中断号的动态映射问题支持复杂硬件拓扑。 irq_chip 屏蔽硬件差异使上层代码无需关心具体中断控制器。 irq_desc 统一管理中断状态和处理流程为设备驱动提供简洁接口。 3.处理流程详解
在 ARM64 架构下在异常级别 1 的异常向量表中中断的入口有 3 个
如果处理器处在内核模式异常级别 1中断的入口是 el1_ira如果处理器处在用户模式异常级别 0下执行 64 位应用程序中断的入口函数是 el0_irq如果处理器正在用户模式异常级别 0下执行 32 位应用程序中断的入口函数是 el0_irq_compat。 以网卡接收数据触发中断的处理流程为例详解 一、硬件中断触发网卡 → GIC → CPU 网卡硬件动作 网卡接收到网络数据后通过内部电路触发物理中断引脚该引脚连接到 GIC 的输入线。例如网卡中断引脚连接到 GIC 的SPI 99硬件中断号hwirq99。此时网卡通过硬件信号告知 GIC 有中断事件发生。 GIC 处理 GIC 的Distributor模块检测到中断请求后借助irq_chip提供的操作方法如ack确认中断完成对中断的初步处理 通过irq_chip的ack方法如 GIC 的gic_ack函数将中断号写入 GIC 特定寄存器标记中断已被 CPU 接收。将中断路由到目标 CPU 核。此时调用handle_arch_irq函数进入 GIC 的中断处理函数如gic_handle_irq正式启动内核中断处理流程。 二、中断号映射与分发 获取硬件中断号 GIC 处理函数从寄存器读取硬件中断号如hwirq99并判断其范围 若16 ≤ hwirq 1020属于外部设备中断范围执行以下操作 将中断号写入 GIC 的 “中断结束寄存器”标记中断处理开始。调用handle_domain_irq进入中断号映射流程。 irq_domain映射中断号 handle_domain_irq通过irq_domain结构体负责管理硬件中断号到 Linux 中断号的映射执行irq_find_mapping函数 irq_domain根据硬件中断号hwirq99查找预定义的映射关系得到对应的 Linux 虚拟中断号假设映射结果为linux_irq128。这一步确保内核用统一的 Linux 中断号管理硬件中断。 三、定位中断描述符irq_desc 内核根据映射得到的 Linux 虚拟中断号linux_irq128索引到全局数组irq_desc[128]。irq_desc存储该中断的核心信息 1.中断处理函数链表irqaction链表用于管理共享此中断号的所有设备的中断处理函数。若多个设备共享linux_irq128每个设备的irqaction会通过链表组织。 链表的构成与用途 irqaction 链表是存储在 irq_desc 结构体中的一个链表用于管理共享同一中断号的多个设备的中断处理函数。在系统中多个设备可能会共享同一个中断号每个设备都会有自己对应的 irqaction 结构体这些结构体通过链表的形式组织起来。当该中断号对应的中断发生时内核会依次遍历这个链表调用每个 irqaction 结构体中的中断处理函数。 链表的管理与操作 注册当设备驱动程序初始化时会调用 request_irq 函数来注册中断处理函数。该函数会创建一个 irqaction 结构体并将其添加到对应 irq_desc 的 irqaction 链表中。例如网卡驱动在初始化时会注册自己的 irqaction 结构体 static irqreturn_t nic_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{// 中断处理逻辑return IRQ_HANDLED;
}struct irqaction nic_irqaction {.handler nic_irq_handler,.flags IRQF_SHARED, // 表示该中断是共享的.name nic_irq,.dev_id nic_device,
};request_irq(nic_irq, nic_irqaction); 当中断发生时内核会调用 generic_handle_irq_desc 函数该函数会遍历 irqaction 链表依次调用每个 irqaction 结构体中的 handler 函数。每个 handler 函数需要通过 dev_id 来判断是否是自己设备产生的中断并进行相应的处理。 2.中断控制器操作方法通过irq_chip关联irq_desc中包含指向irq_chip的指针通过irq_chip定义的方法如mask、unmask、eoi等实现对 GIC 的底层控制。 irq_chip 结构体的作用 irq_chip 结构体定义了一系列用于操作中断控制器的方法这些方法封装了对中断控制器硬件的底层操作如中断的确认、使能、屏蔽、结束等。irq_desc 结构体中包含一个指向 irq_chip 的指针通过这个指针可以调用 irq_chip 中定义的方法来控制中断控制器。 常见的操作方法 ack 方法用于确认中断。当中断控制器接收到中断请求并通知 CPU 后CPU 需要通过调用 ack 方法来告诉中断控制器已经开始处理该中断。例如GIC 的 ack 方法会将中断号写入特定的寄存器标记中断处理开始。 static void gic_ack(struct irq_data *d)
{// 将中断号写入GIC的中断确认寄存器writel_relaxed(d-irq, gic_dist_base GIC_DIST_ACK);
} mask 方法用于屏蔽中断。在某些情况下需要暂时禁止某个中断的触发此时可以调用 mask 方法。例如在进行一些关键操作时为了避免中断干扰可以屏蔽网卡中断。 static void gic_mask(struct irq_data *d)
{// 设置GIC的中断屏蔽寄存器writel_relaxed(1 (d-irq 31), gic_dist_base GIC_DIST_ENABLE_CLEAR);
} 四、执行中断处理函数 1.触发 handle_irq 入口函数 内核在初始化中断控制器如 GIC时会根据硬件中断号范围32 或≥32设置 irq_desc 的 handle_irq 函数指针。irq_desc[linux_irq].handle_irq 根据硬件中断号是否小于 32被设置为不同的函数 硬件中断号 32handle_percpu_devid_irq用于早期的单 CPU 中断。硬件中断号 ≥ 32handle_fasteoi_irq用于现代多核中断。 比如在网卡接收数据的这个案例中处理逻辑如下 void handle_fasteoi_irq(struct irq_desc *desc)
{// 快速EOI中断处理流程desc-irq_data.chip-ack(desc-irq_data);generic_handle_irq_desc(desc); // 遍历irqaction链表desc-irq_data.chip-eoi(desc-irq_data);
} 2.遍历irqaction链表 irq_desc[128]维护irqaction链表。调用generic_handle_irq最终触发generic_handle_irq_desc遍历链表 若链表中存在网卡驱动注册的irqaction则调用其.handler函数如nic_irq_handler。 3.网卡驱动的irqaction工作 网卡驱动注册的irqaction包含 .handler中断处理函数如nic_irq_handler。.dev_id网卡设备标识用于区分共享中断的不同设备。 nic_irq_handler执行 读取数据通过寄存器操作读取网卡接收缓冲区数据。数据封装与提交将数据封装成网络协议帧提交给上层网络协议栈如 Linux 网络子系统。清除中断状态清除网卡中断状态寄存器准备下次中断接收。 中断下半部软中断处理 触发软中断在中断处理函数中若有耗时操作如协议处理不适合在中断处理函数中完成因此引入了中断下半部分软中断的机制软中断可以在中断处理函数返回后在合适的时机如系统空闲时执行从而避免影响系统的实时性。通过netif_rx等函数触发软中断如NET_RX_SOFTIRQ。 网卡驱动的中断处理函数nic_irq_handler作为中断上半部分主要完成一些紧急的操作如读取网卡接收缓冲区的数据并将数据传递给软中断处理函数。 static irqreturn_t nic_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{// 读取网卡接收缓冲区的数据struct sk_buff *skb nic_read_rx_buffer();if (skb) {// 将数据传递给软中断处理函数netif_rx(skb);}return IRQ_HANDLED;
} 软中断处理函数系统在合适时机如do_softirq执行时调用软中断处理函数如net_rx_action 从接收队列取出数据进行详细解析、协议处理如 IP 层、TCP 层处理最终将数据传递给应用层。 static void net_rx_action(struct softirq_action *h)
{struct sk_buff *skb;while ((skb skb_dequeue(rx_queue))) {// 数据解析、协议处理等操作netif_receive_skb(skb);}
}open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action); 五、中断处理完成 处理函数含软中断执行完毕后通过irq_chip的.eoi方法如gic_eoi 告知 GIC 中断处理完成。GIC 更新寄存器允许后续同类型中断再次触发完成一次完整的中断处理闭环。 关键结构体协作总结 结构体作用irq_chip提供 GIC 操作方法ack、eoi、mask等直接控制中断控制器硬件行为。irq_domain管理硬件中断号到 Linux 中断号的映射确保内核正确识别中断来源。irq_desc存储中断描述符维护irqaction链表是中断处理的核心管理结构。irqaction包含网卡驱动的中断处理函数执行数据读取、协议处理等业务逻辑。 https://github.com/0voice
