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4.3 Linux的中断处理流程 先上图#xff0c;一图胜千言#xff01;
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4.3 Linux的中断处理流程 先上图一图胜千言
图中心的蓝色部分是Linux通用中断子系统的核心数据结构。图中只是列出各个数据结构的核心成员。在上一个章节已经讲过了这些数据结构建立的时机就不再重复描述。重点还是讨论图中外围画出的中断处理流程。
第一步从hwirq发生到转换成virq(图左侧从上到下)
当EL1_IRQ或EL0_IRQ发生后会调用全局函数指针handle_arch_irq。以ARM的GIC V3中断控制器为例全局函数指针handle_arch_irq指向irq-gic-v3.c中定义的gic_handle_irq。
在《4.2.3 根据DTS完成中断控制器初始化》中描述了GIC V3中断控制器的初始化。在初始化过程中irq-gic-v3.c中调用set_handle_irq(gic_handle_irq)设置handle_arch_irq指向gic_handle_irq具体的调用过程如下。
start_kernel init/main.c
- init_IRQ arch/arm64/kernel/irq.c- irqchip_init drivers/irqchip/irqchip.c- of_irq_init(__irqchip_of_table) drivers/of/irq.c- gic_of_init drivers/irqchip/irq-gic-v3.c- gic_init_bases drivers/irqchip/irq-gic-v3.c- set_handle_irq(gic_handle_irq)如果某个中断源被触发GIC会将IAR寄存器(Interrupt Acknowledge Register)中该中断源对应的bit置1。在gic_handle_irq中调用gic_read_iar得到hwirq。
每个GIC V3中断控制器在初始化的时候都会创建一个irq_domain并记录在自己的私有数据结构gic_data.domain。 根据上图中的第385行代码对于PPI/SPI中断大于15小于1020和LPI中断大于等于8192会走到handle_domain_irq处理会传入irq_domain和hwirq做为入参。已知irq_domain和hwirq怎么找出virq内核已经定义好了一个APIirq_find_mapping。 对于GIC V3来说创建domain的调用过程irq_domain_create_tree-__irq_domain_add(fwnode, 0, ~0, 0, ops, host_data)其中第2个参数为domain-revmap_size赋值0第4个参数为domain-revmap_direct_max_irq赋值0。所以最终总是使用基数树irq_domain-revmap_tree来完成反向映射的查找。
至此hwirq转换成了virq 第二步找出virq对应的irq_desc图底部从左到右
hwirq转换成了virq之后handle_domain_irq调用generic_handle_irq处理virq。每个virq都有自己对应的irq_desc怎么找到呢内核定义了一个API: irq_to_desc。在我当前的内核中定义了CONFIG_SPARSE_IRQ所以它的本质就是查找基数树irq_desc_tree得到irq_desc。 第三步执行中断流控处理程序图右侧从下向上
找到了irq_desc紧接着generic_handle_irq调用generic_handle_irq_desc执行irq_desc-handle_irq(desc)。 这个回调函数是什么
irq_flow_handler_t handle_irq是irq_desc的一个成员从字面可以翻译成中断流控函数也有人翻译成中断high level处理函数。
中断流控Interrupt Flow Control是指在Linux内核中合理且正确地管理连续发生的中断事件。具体而言当一个中断正在处理过程中如果相同的中断再次发生系统需要决定如何处理这一新中断包括何时屏蔽中断、何时恢复中断、以及何时向中断控制器发送响应信号等。针对不同类型的中断电气特性如电平触发和边沿触发Linux提供了标准化的中断流控处理函数。这些处理函数最终会将中断控制权传递给驱动程序在注册中断时提供的处理函数或中断线程中这些函数均定义在 kernel/irq/chip.c 文件中
handle_simple_irq用于处理简单的中断流控适用于不需要复杂流控机制的中断场景。
handle_level_irq用于处理电平触发Level-triggered中断的流控确保在中断源未清除前屏蔽中断防止重复处理。
handle_edge_irq用于处理边沿触发Edge-triggered中断的流控确保中断处理函数能够及时响应瞬时的中断信号。
handle_fasteoi_irq用于需要快速响应结束中断End of Interrupt, EOI信号的中断控制器例如GICv3CPU只需要在每次处理完中断后发出一个end of interrupteoi我们无需关注何时mask何时unmask。
handle_percpu_irq用于处理仅在单个CPU上响应的中断确保这些中断只在指定的CPU上处理避免跨CPU通信的开销。
handle_nested_irq用于处理嵌套中断特别是那些使用中断线程的中断确保中断处理的顺序性和正确性。
什么时候设置的
针对GIC V3在每一个设备的中断初始化过程中都会设置中断流控函数。
SGIs: 不需要设置PPIs: 设置为handle_percpu_devid_irq例如timer中断SPIs: 设置为handle_fasteoi_irqLPIs: 设置为handle_fasteoi_irq 以handle_fasteoi_irq为例经过层层调用到达__handle_irq_event_percpu开始执行已经注册的中断处理程序。 第四步执行中断处理程序图的终点
irqreturn_t __handle_irq_event_percpu(struct irq_desc *desc, unsigned int *flags)
{irqreturn_t retval IRQ_NONE; // 初始化返回值为IRQ_NONEunsigned int irq desc-irq_data.irq; // 获取中断号struct irqaction *action; // 指向中断动作结构的指针record_irq_time(desc); // 记录中断处理时间for_each_action_of_desc(desc, action) { // 遍历所有注册的中断处理函数irqreturn_t res; // 存储当前处理函数的返回结果trace_irq_handler_entry(irq, action); // 跟踪中断处理入口res action-handler(irq, action-dev_id); // 调用中断处理函数trace_irq_handler_exit(irq, action, res); // 跟踪中断处理出口if (WARN_ONCE(!irqs_disabled(), irq %u handler %pF enabled interrupts\n, irq, action-handler))local_irq_disable(); // 如果中断处理函数启用了中断则发出警告并禁用中断switch (res) { // 根据处理函数的返回结果进行处理case IRQ_WAKE_THREAD:/** 捕获那些返回WAKE_THREAD但没有设置线程函数的驱动程序*/if (unlikely(!action-thread_fn)) {warn_no_thread(irq, action); // 发出警告break;}__irq_wake_thread(desc, action); // 唤醒中断线程/* Fall through to add to randomness */case IRQ_HANDLED:*flags | action-flags; // 更新标志位break;default:break;}retval | res; // 更新返回值}return retval; // 返回最终的处理结果
}关键点是通过for_each_action_of_desc(desc, action)遍历action链表同步调用action-handler然后根据返回值判断是否要唤醒中断线程action-thread_fn。
那么action链表是如何生成的action-handler和action-thread_fn是如何赋值的 request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, irq_handler_t thread_fn, unsigned long flags, const char *name, void *dev); static inline int __must_check request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev) { return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev); } 传统的request_irq在注册中断时需要注册action-handler并不会注册action-thread_fn设置为NULL。
request_threaded_irq在注册中断时:
handler和thread_fn不能同时为NULL如果handler为NULL则设置为默认的irq_default_primary_handler
int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,const char *devname, void *dev_id)
{…………if (!handler) {if (!thread_fn)return -EINVAL;handler irq_default_primary_handler;}action kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);if (!action)return -ENOMEM;action-handler handler;action-thread_fn thread_fn;
…………
}注意中断注册时传入的参数irq是virq而不是hwirq。如果多个设备共享一个hwirq则可以多次调用中断注册函数向同一个virq注册多个irqaction形成irqaction链表。注册时必须设置IRQF_SHARED标记。当中断发生时最终会遍历irqaction链表。 小结一下
从一副图说起以Linux通用中断子系统的数据结构为中心分四步描述了Linux中断处理流程
第一步从hwirq发生到转换成virq(图左侧从上到下)
第二步找出virq对应的irq_desc图底部从左到右
第三步执行中断流控处理程序图右侧从下向上
第四步执行中断处理程序图的终点 点击查看系列文章 》 Interrupt Pipeline系列文章大纲-CSDN博客
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