设备树中的中断

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title: 设备树中的中断
date: 2019/4/29 17:38:38
toc: true
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设备树中的中断

原文 100ask

TODO

基于设备树的TQ2440的中断（1）
https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/6847685.html

基于设备树的TQ2440的中断（2）
https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/6848851.html

基於tiny4412的Linux內核移植 --- 实例学习中断背后的知识(1)
http://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/6349209.html

Linux kernel的中断子系统之（一）：综述
Linux kernel的中断子系统之（二）：IRQ Domain介绍
linux kernel的中断子系统之（三）：IRQ number和中断描述符
linux kernel的中断子系统之（四）：High level irq event handler
Linux kernel中断子系统之（五）：驱动申请中断API
Linux kernel的中断子系统之（六）：ARM中断处理过程
linux kernel的中断子系统之（七）：GIC代码分析
http://www.wowotech.net/irq_subsystem/interrupt_subsystem_architecture.html

中断概述

这里就比较复杂了,暂时不去做深入的学习,以后再来挖坑学习,太难了 哈哈.这里放一个框图大概理解下基本流程

详细流程看窝窝科技

以前的内核中断描述符的数组序号与硬件是对应的,后来出了个虚拟中断号,不再强调一定是线性关系.

中断入口

2440的中断向量表是这样的(参考uboot)

.globl _start
0--->   _start: b   reset
4--->   ldr pc, _undefined_instruction
8--->   ldr pc, _software_interrupt
c--->   ldr pc, _prefetch_abort
16-->   ldr pc, _data_abort
20-->   ldr pc, _not_used
24-->   ldr pc, _irq //发生中断时，CPU跳到这个地址执行该指令 
    ldr pc, _fiq

内核的向量表是这么定义的,在arch\arm\kernel\entry-armv.S

    .section .vectors, "ax", %progbits
.L__vectors_start:
    W(b)    vector_rst
    W(b)    vector_und
    W(ldr)  pc, .L__vectors_start + 0x1000
    W(b)    vector_pabt
    W(b)    vector_dabt
    W(b)    vector_addrexcptn
    W(b)    vector_irq
    W(b)    vector_fiq

我们可以看到中断是跳转到vector_irq,这个东西是个宏定义

/*
 * Interrupt dispatcher
 */
    vector_stub irq, IRQ_MODE, 4   // 相当于 vector_irq: ..., 
                                   // 它会根据SPSR寄存器的值,
                                   // 判断被中断时CPU是处于USR状态还是SVC状态, 
                                   // 然后调用下面的__irq_usr或__irq_svc

    .long   __irq_usr               @  0  (USR_26 / USR_32)
    .long   __irq_invalid           @  1  (FIQ_26 / FIQ_32)
    .long   __irq_invalid           @  2  (IRQ_26 / IRQ_32)
    .long   __irq_svc               @  3  (SVC_26 / SVC_32)
    .long   __irq_invalid           @  4
    .long   __irq_invalid           @  5
    .long   __irq_invalid           @  6
    .long   __irq_invalid           @  7
    .long   __irq_invalid           @  8
    .long   __irq_invalid           @  9
    .long   __irq_invalid           @  a
    .long   __irq_invalid           @  b
    .long   __irq_invalid           @  c
    .long   __irq_invalid           @  d
    .long   __irq_invalid           @  e
    .long   __irq_invalid           @  f

@ 下面是宏
.macro  vector_stub, name, mode, correction=0
.align  5

vector_\name:
.....

• __irq_usr/__irq_svc作用是保存现场,调用irq_handler,恢复现场

• irq_handler将会调用C函数 handle_arch_irq

      .macro  irq_handler
  #ifdef CONFIG_GENERIC_IRQ_MULTI_HANDLER
      ldr r1, =handle_arch_irq
      mov r0, sp
      badr    lr, 9997f
      ldr pc, [r1]
  #else
      arch_irq_handler_default
  #endif
  9997:
      .endm

• 也就是调用handle_arch_irq来处理中断

第一个C函数handle_arch_irq

这个函数是在哪里被设置的?

int __init set_handle_irq(void (*handle_irq)(struct pt_regs *))
{
    if (handle_arch_irq)
        return -EBUSY;

    handle_arch_irq = handle_irq;
    return 0;
}

搜索下可以看到在s3c24xx_init_intc中设置了s3c24xx_handle_irq

s3c24xx_init_intc
    s3c24xx_clear_intc(intc);
    intc->domain = irq_domain_add_legacy(np, irq_num, irq_start,
                         0, &s3c24xx_irq_ops,
                         intc);
    set_handle_irq(s3c24xx_handle_irq);

具体的s3c24xx_handle_irq会调用s3c24xx_handle_intc

/*
 * Array holding pointers to the global controller structs
 * [0] ... main_intc
 * [1] ... sub_intc
 * [2] ... main_intc2 on s3c2416
 */
static struct s3c_irq_intc *s3c_intc[3];


这里有子中断的概念在硬件上,初始化如下
s3c2410_init_irq
    s3c_intc[0] = s3c24xx_init_intc(NULL, &init_s3c2410base[0], NULL,0x4a000000);
    //  s3c24xx_init_intc 的第三个参数是 parent 也就是表示 s3c_intc[1] 是 s3c_intc[0] 的一个子控制器
    s3c_intc[1] = s3c24xx_init_intc(NULL, &init_s3c2410subint[0],s3c_intc[0], 0x4a000018);
    // s3c24xx_init_intc 里面会设置如下结构体
    struct s3c_irq_intc {
        void __iomem        *reg_pending;
        void __iomem        *reg_intpnd;
        void __iomem        *reg_mask;
        struct irq_domain   *domain;
        struct s3c_irq_intc *parent;
        struct s3c_irq_data *irqs;
    };

    
s3c24xx_handle_intc
    // 1. 读取 reg_intpnd 这个应该就是顶级中断控制器的 pend 标志
    readl_relaxed
    // 2. 计算出硬件中断号
    irq_domain_get_of_node
    offset = readl_relaxed(intc->reg_intpnd + 4);
    offset =  __ffs(pnd);
    
    handle_domain_irq(domain,hwirq,regs)
        __handle_domain_irq
            // 找到虚拟中断号
            irq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
            // 根据虚拟中断号,找到描述符所在,执行 irq_flow_handler_t    handle_irq
            generic_handle_irq
                // 这里就是找到中断描述符的结构
                desc = irq_to_desc(irq)
                // 执行 irq_flow_handler_t    handle_irq
                generic_handle_irq_desc((desc))

流程小结

handle_arch_irq:
a. 读 int controller, 得到hwirq
b. 根据hwirq得到virq
c. 调用 irq_desc[virq].handle_irq

如果该中断没有子中断, irq_desc[virq].handle_irq的操作:
a. 取出irq_desc[virq].action链表中的每一个handler, 执行它
b. 使用irq_desc[virq].irq_data.chip的函数清中断

如果该中断是由子中断产生, irq_desc[virq].handle_irq的操作:
a. 读 sub int controller, 得到hwirq'
b. 根据hwirq'得到virq
c. 调用 irq_desc[virq].handle_irq

下面老师的这个图很形象具体了

中断号的演变

虚拟中断号与实际的硬件中断源一一对应,以前我们是定死的提前写好的,需要保证所有虚拟中断号不重合,2440定义在这里arch\arm\mach-s3c24xx\include\mach\irqs.h

/* main cpu interrupts */
#define IRQ_EINT0      S3C2410_IRQ(0)       /* 16 */
#define IRQ_EINT1      S3C2410_IRQ(1)
#define IRQ_EINT2      S3C2410_IRQ(2)
#define IRQ_EINT3      S3C2410_IRQ(3)
#define IRQ_EINT4t7    S3C2410_IRQ(4)       /* 20 */
.....
// 子中断号
#define S3C2410_IRQSUB(x)   S3C2410_IRQ((x)+58)
#define IRQ_S3CUART_RX0     S3C2410_IRQSUB(0)   /* 74 */
#define IRQ_S3CUART_TX0     S3C2410_IRQSUB(1)
#define IRQ_S3CUART_ERR0    S3C2410_IRQSUB(2)

那么我们是怎么通过硬件中断号，反算出虚拟中断号?

• 对于不同中断控制器里面的硬件中断号，它们的转化公式是不同的
• 根中断控制器和子中断控制器的公式是不一样的,称之为域rq_domain

缺陷

• 当中断控制器数量变多时，有成百上千，这种虚拟中断号和硬件中断号一一对应的方式就很麻烦
• 所以之后虚拟中断号后来只是表示序号,可以自由分配

查找空余项

• 内核中使用一个位图数组allocated_irqs标记是否为空闲,1表示占用了
• 从中断号开始依次查找，直到找到最后空闲项.

IRQ domain

Linux使用IRQ domain来描述一个中断控制器（IRQ Controller）所管理的中断源.

// \include\linux\irqdomain.h
struct irq_domain {
    linear_revmap[]   //linear_revmap[2] 存储着这个控制器硬件中断2号对应的虚拟中断号

例子

使用子中断EINT4的过程

1. 初始化为注册,首先注册主中断控制器,这里硬件中断号为4,我们去查找第4项空,存进去linear_revmap[4]=4
2. 为子中断控制器注册虚拟中断号,这里硬件中断号是4,先查找4,发现被占用,则使用5.存到sub/linear_revmap[4]=5
3. 驱动程序request_irq(5.my_handler),会把my_handler保存在irq_desc[5].action链表中
4. 中断发生时,cpu先读取顶级的中断控制器,在顶级中断控制器的irq_domain找到linear_revmap[4]找到虚拟中断号是4,去执行中断描述符数组的第4项,这里会调用中断分发函数s3c_irq_demux
5. s3c_irq_demux又去读取下一级别的sub irq_domain,找到了linear_revmap[4]=5.然后去执行中断描述符数组的第5项
6. 所以也就是说,在irq_domain.linear_revmap[]大部分数组项都是空闲的

兼容老的固定中断号

1. 很明显的要先设置好linear_revmap,也就是一般就是硬件中断号鱼虚拟中断号

2. 以前写驱动程序直接 request_irq(virq,....),中断号是通过宏方式进行定义的，所以直接使用中断号进行注册

3. 现在需要先在设备树表明使用哪个中断,内核会把这个中断号和某一个虚拟中断号挂钩,这些信息会转换成（intc,hwirq） ==> virq 这时才可以 request_irq

   .liner_revmap[4] = 5
   .xlate （解析设备树，得到hwirq,irq_type）
   .map(hwirq,virq) (map就是建立联系的作用，若是子中断，去设置父中断)

设备树描述中断

具体的中断

• interrupt-parent属于哪个中断控制器
• interrupts中断号和触发方式,这个里面的成员具体怎么表述需要去看具体中断控制器的描述

中断控制器的描述

• interrupt-controller属性名表示是中断控制器
• #interrupt-cells,表明下一级的设备要用多少个32位的数据来描述这个中断

    interrupt-controller@4a000000 {
        compatible = "samsung,s3c2410-irq";
        reg = <0x4a000000 0x100>;
        interrupt-controller;    //---表示是中断控制器
        #interrupt-cells = <0x4>;
        phandle = <0x1>;
    };

2440的表述

    interrupt-controller@4a000000 {
        compatible = "samsung,s3c2410-irq";
        reg = <0x4a000000 0x100>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <0x4>;
        phandle = <0x1>;
    };
    
    gpf {
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <0x2>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <0x2>;
        phandle = <0x6>;
    };

    gpg {
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <0x2>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <0x2>;
    };
    
    
    srom-cs4@20000000 {
        compatible = "simple-bus";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        reg = <0x20000000 0x8000000>;
        ranges;


        ethernet@20000000 {
            compatible = "davicom,dm9000";
            reg = <0x20000000 0x2 0x20000004 0x2>;
            interrupt-parent = <&gpf>; /*使用gpf中断控制器*/
            // interrupts 这个数据的解析是由 gpf中断控制器 的cell 表达的
            interrupts = <7 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;/*使用gpf控制器中的第七号中断，IRQ_TYPE_EDGE_RISING为中断触发方式*/
            local-mac-address = [00 00 de ad be ef];
            davicom,no-eeprom;
        };
    };

在这里并没有用单独的软件结构去描述硬件中的子中断控制器,而是使用interrupt-controller@4a000000中的一个32位(#interrupt-cells = <0x4>; 总共有4个32位)来表示是否为子中断控制器,看下章节

2440中使用设备树

具体的使用看代码就明白了

1. 新增一个匹配条件of_match_table

   struct platform_driver buttons_drv = {
       .probe      = buttons_probe,
       .remove     = buttons_remove,
       .driver     = {
           .name   = "mybuttons",
           .of_match_table = of_match_buttons, /* 能支持哪些来自于dts的platform_device */
       }
   };
   
   static const struct of_device_id of_match_buttons[] = {
       { .compatible = "jz2440_button", .data = NULL },
       { /* sentinel */ }
   };

2. probe中获取资源方式,这里获取硬件中断号,以及pin的信息,这里已经转换了虚拟中断

   static int buttons_probe(struct platform_device *pdev)
   {
       struct device *dev = &pdev->dev;        
       struct device_node *dp_node = dev->of_node;
       struct resource     *res;
       int i;
   
       for (i = 0; i < sizeof(pins_desc)/sizeof(pins_desc[0]); i++)
       {
           /* 根据platform_device的资源进行获得中断号,触发类型 */
           res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i);
           if (res) {
               pins_desc[i].irq  = res->start;
               printk("get irq %d\n", pins_desc[i].irq);
           }
           else {
               printk("can not get irq res for eint0\n");
               return -1;
           }
   
           pins_desc[i].pin = of_get_named_gpio(dp_node, "eint-pins", i);
           printk("pins_desc[%d].pin = %d\n", i, pins_desc[i].pin);
       }
       return sixth_drv_init();
   }

3. 打开设备时申请中断,这里的虚拟中断在资源获取时已经转换了

   static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
   {
   ret = request_irq(pins_desc[0].irq,  buttons_irq, 0, "S2", &pins_desc[0]);
   ....
   }

内核处理中断

中断结构

从硬件结构上看, 处理过程分上下两个层面: 中断控制器, 使用中断的设备；

从软件结构上看, 处理过程分左右两个部分: 在设备树中描述信息, 在驱动中处理设备树；

(1) 中断控制器

这又分为root irq controller, gpf/gpg irq controller

a. root irq controller

a.1 在设备树中的描述

a.2 在内核中的驱动

b. 对于S3C2440, 还有: gpf/gpg irq controller

b.1 在设备树中的描述(在pinctrl节点里)

b.2 在内核中的驱动 (在pinctrl驱动中)

(2) 设备的中断

a.1 在设备节点中描述(表明使用"哪一个中断控制器里的哪一个中断, 及中断触发方式")

a.2 在内核中的驱动 (在platform_driver.probe中获得IRQ资源, 即中断号)

irq_domain是核心:

a. 每一个中断控制器都有一个irq_domain

b. 对设备中断信息的解析,

b.1 需要调用 irq_domain->ops->xlate(即从设备树中获得hwirq, type)

b.2 获取未使用的virq, 保存: irq_domain->linear_revmap[hwirq] = virq;

b.3 在hwirq和virq之间建立联系

中断相关代码调用关系

s3c2440设备树中断相关代码调用关系:

(1) 上述处理过程如何触发?

a. 内核启动时初始化中断的入口:

start_kernel // init/main.c
    init_IRQ();
        if (IS_ENABLED(CONFIG_OF) && !machine_desc->init_irq)
            irqchip_init();   // 一般使用它
        else
            machine_desc->init_irq();

b. 设备树中的中断控制器的处理入口:

irqchip_init // drivers/irqchip/irqchip.c
    of_irq_init(__irqchip_of_table);  // 对设备树文件中每一个中断控制器节点, 调用对应的处理函数
        为每一个符合的"interrupt-controller"节点,
        分配一个of_intc_desc结构体, desc->irq_init_cb = match->data; // = IRQCHIP_DECLARE中传入的函数
        并调用处理函数
        
        (先调用root irq controller对应的函数, 再调用子控制器的函数, 再调用更下一级控制器的函数...)

(2) root irq controller的驱动调用过程

a. 为root irq controller定义处理函数:

IRQCHIP_DECLARE(s3c2410_irq, "samsung,s3c2410-irq", s3c2410_init_intc_of);  //drivers/irqchip/irq-s3c24xx.c

其中:

#define IRQCHIP_DECLARE(name, compat, fn) OF_DECLARE_2(irqchip, name, compat, fn)
#define OF_DECLARE_2(table, name, compat, fn) \
        _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_2)
#define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)           \
    static const struct of_device_id __of_table_##name      \
        __used __section(__##table##_of_table)          \
         = { .compatible = compat,              \
             .data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn  }

展开为:

    static const struct of_device_id __of_table_s3c2410_irq     \
        __used __section("__irqchip_of_table")          \
         = { .compatible = "samsung,s3c2410-irq",               \
             .data = s3c2410_init_intc_of  }

它定义了一个of_device_id结构体, 段属性为__irqchip_of_table, 在编译内核时这些段被放在__irqchip_of_table地址处。

即__irqchip_of_table起始地址处,放置了一个或多个 of_device_id, 它含有compatible成员;

设备树中的设备节点含有compatible属性,

如果双方的compatible相同, 并且设备节点含有interrupt-controller属性,则调用of_device_id中的函数来处理该设备节点。

所以IRQCHIP_DECLARE是用来声明设备树中的中断控制器的处理函数。

b. root irq controller处理函数的执行过程:

s3c2410_init_intc_of  // drivers/irqchip/irq-s3c24xx.c
    // 初始化中断控制器: intc, subintc
    s3c_init_intc_of(np, interrupt_parent, s3c2410_ctrl, ARRAY_SIZE(s3c2410_ctrl));
                
        // 为中断控制器创建irq_domain
        domain = irq_domain_add_linear(np, num_ctrl * 32,
                                 &s3c24xx_irq_ops_of, NULL);

        intc->domain = domain;

        // 设置handle_arch_irq, 即中断处理的C语言总入口函数
        set_handle_irq(s3c24xx_handle_irq);

(3) pinctrl系统中gpf/gpg irq controller的驱动调用过程

a. pinctrl系统的驱动程序:

a.1 源代码: drivers/pinctrl/samsung/pinctrl-samsung.c

static struct platform_driver samsung_pinctrl_driver = {
    .probe      = samsung_pinctrl_probe,
    .driver = {
        .name   = "samsung-pinctrl",
        .of_match_table = samsung_pinctrl_dt_match, // 含有 { .compatible = "samsung,s3c2440-pinctrl", .data = &s3c2440_of_data },
        .suppress_bind_attrs = true,
        .pm = &samsung_pinctrl_pm_ops,
    },
};

a.2 设备树中:

pinctrl@56000000 {
    reg = <0x56000000 0x1000>;
    compatible = "samsung,s3c2440-pinctrl";  // 据此找到驱动

a.3 驱动中的操作:

samsung_pinctrl_probe  // drivers/pinctrl/samsung/pinctrl-samsung.c
    最终会调用到 s3c24xx_eint_init // drivers/pinctrl/samsung/pinctrl-s3c24xx.c
    
        // eint0,1,2,3的处理函数在处理root irq controller时已经设置; 
        // 设置eint4_7, eint8_23的处理函数(它们是分发函数)
        for (i = 0; i < NUM_EINT_IRQ; ++i) {
            unsigned int irq;

            if (handlers[i]) /* add by [email protected], 不再设置eint0,1,2,3的处理函数 */
            {
                irq = irq_of_parse_and_map(eint_np, i);
                if (!irq) {
                    dev_err(dev, "failed to get wakeup EINT IRQ %d\n", i);
                    return -ENXIO;
                }

                eint_data->parents[i] = irq;
                irq_set_chained_handler_and_data(irq, handlers[i], eint_data);
            }
        }

        // 为GPF、GPG设置irq_domain
        for (i = 0; i < d->nr_banks; ++i, ++bank) {
        
            ops = (bank->eint_offset == 0) ? &s3c24xx_gpf_irq_ops
                               : &s3c24xx_gpg_irq_ops;

            bank->irq_domain = irq_domain_add_linear(bank->of_node, bank->nr_pins, ops, ddata);
        }

(4) 使用中断的驱动调用过程:

a. 在设备节点中描述(表明使用"哪一个中断控制器里的哪一个中断, 及中断触发方式"),比如:

    buttons {
        compatible = "jz2440_button";
        eint-pins  = <&gpf 0 0>, <&gpf 2 0>, <&gpg 3 0>, <&gpg 11 0>;
        interrupts-extended = <&intc 0 0 0 3>,
                              <&intc 0 0 2 3>,
                              <&gpg 3 3>,
                              <&gpg 11 3>;
    };

b. 设备节点会被转换为 platform_device, "中断的硬件信息" 会转换为"中断号", 保存在platform_device的"中断资源"里

  第3课第05节_device_node转换为platform_device, 讲解了设备树中设备节点转换为 platform_device 的过程;

我们只关心里面对中断信息的处理:

of_device_alloc (drivers/of/platform.c)
    dev = platform_device_alloc("", PLATFORM_DEVID_NONE);  // 分配 platform_device
    
    num_irq = of_irq_count(np);  // 计算中断数
    
    of_irq_to_resource_table(np, res, num_irq) // drivers/of/irq.c, 根据设备节点中的中断信息, 构造中断资源
        of_irq_to_resource
            int irq = of_irq_get(dev, index);  // 获得virq, 中断号
                            rc = of_irq_parse_one(dev, index, &oirq); // drivers/of/irq.c, 解析设备树中的中断信息, 保存在of_phandle_args结构体中
                            
                            domain = irq_find_host(oirq.np);   // 查找irq_domain, 每一个中断控制器都对应一个irq_domain
                            
                            irq_create_of_mapping(&oirq);             // kernel/irq/irqdomain.c, 创建virq和中断信息的映射
                                irq_create_fwspec_mapping(&fwspec);
                                    irq_create_fwspec_mapping(&fwspec);
                                        irq_domain_translate(domain, fwspec, &hwirq, &type) // 调用irq_domain->ops->xlate, 把设备节点里的中断信息解析为hwirq, type
                                        
                                        virq = irq_find_mapping(domain, hwirq); // 看看这个hwirq是否已经映射, 如果virq非0就直接返回
                                        
                                        virq = irq_create_mapping(domain, hwirq); // 否则创建映射
                                                    virq = irq_domain_alloc_descs(-1, 1, hwirq, of_node_to_nid(of_node), NULL);  // 返回未占用的virq
                                                    
                                                    irq_domain_associate(domain, virq, hwirq) // 调用irq_domain->ops->map(domain, virq, hwirq), 做必要的硬件设置

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