【设备树笔记整理6】中断系统中的设备树
1 中断概念的引入与处理流程
1.1 中断处理框图
1.2 中断程序的使用
主函数()
while(1)
{
do_routine_task();
}
中断处理函数()
{
handle_interrupt_task();
}
如何调用中断处理函数？
1.3 ARM对异常(中断)的处理过程
（1）初始化
① 设置中断源，让它可以产生中断
② 设置中断控制器（设置屏蔽，设置优先级）
③ 设置CPU总开关（使能中断）
（2）执行常规程序（主函数）
（3）产生中断：按下按键 —> 中断控制器 —> CPU
（4）CPU每执行完一条指令，都会检查有无中断，异常发生
（5）发现有异常/中断发生，开始处理：对于不同的异常，跳去不同的地址执行程序。
这些地址上，只是一条跳转指令，跳去执行某个函数。
（6）这些函数执行以下工作：
2 Linux对中断处理的框架及代码流程简述
2.1 中断处理中汇编相关的部分
2.1.1 异常向量入口: 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 // => 中断向量入口
W(b) vector_fiq
2.1.2 中断向量: vector_irq
/*
* 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 @ f2.1.3 __irq_usr/__irq_svc
这2个函数的处理过程类似:
- 保存现场
- 调用 irq_handler
- 恢复现场
2.1.4 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:
.endm2.1.5 handle_arch_irq的处理过程
- 读取寄存器获得中断信息: hwirq
- 把hwirq转换为virq
- 调用 irq_desc[virq].handle_irq
[注意] 对于S3C2440，s3c24xx_handle_irq 是用于处理中断的C语言入口函数
2.2 中断处理流程总结
（1）中断处理流程:
假设中断结构如下:
sub int controller ---> int controller ---> cpu
（2）发生中断时,
cpu跳到"vector_irq", 保存现场, 调用C函数handle_arch_irq
（3）handle_arch_irq:
① 读 int controller, 得到hwirq
② 根据hwirq得到virq
③ 调用 irq_desc[virq].handle_irq
（4）如果该中断没有子中断, irq_desc[virq].handle_irq的操作:
① 取出irq_desc[virq].action链表中的每一个handler, 执行它
② 使用irq_desc[virq].irq_data.chip的函数清中断
（5）如果该中断是由子中断产生, irq_desc[virq].handle_irq的操作:
① 读 sub int controller, 得到hwirq'
② 根据hwirq'得到virq
③ 调用 irq_desc[virq].handle_irq
2.3 图示
（1）CPU中断号（硬件中断号）
（2）硬件中断号转换到虚拟中断号的过程
（3）中断函数调用过程
3 中断号的演变与irq_domain
以前中断号(virq)跟硬件密切相关，现在的趋势是中断号跟硬件无关，仅仅是一个标号而已。
3.1 以前的中断号映射方法
以前，对于每一个硬件中断(hwirq)都预先确定它的中断号(virq)，这些中断号一般都写在一个头文件里，比如arch\arm\mach-s3c24xx\include\mach\irqs.h，使用时：
（1）执行 request_irq(virq, my_handler) :
内核根据virq可以知道对应的硬件中断，然后去设置、使能中断等。
（2）发生硬件中断时：
内核读取硬件信息，确定hwirq，反算出virq，然后调用 irq_desc[virq].handle_irq, 最终会用到my_handler。
怎么根据hwirq计算出virq？
硬件上有多个intc(中断控制器)，对于同一个hwirq数值，会对应不同的virq。所以在讲hwirq时，应该强调"是哪一个intc的hwirq"，在描述hwirq转换为virq时，引入一个概念：irq_domain：域，在这个域里hwirq转换为某一个virq。
3.2 新的中断号映射方法
（1）当中断控制器越来越多、当中断越来越多，上述方法(virq和hwirq固定绑定)有缺陷：
- 增加工作量, 你需要给每一个中断确定它的中断号, 写出对应的宏, 可能有成百上千个
- 你要确保每一个硬件中断对应的中断号互不重复
（2）有什么方法改进
① hwirq跟virq之间不再绑定
② 要使用某个hwirq时，先在irq_desc数组中找到一个空闲项, 它的位置就是virq，再在irq_desc[virq]中放置处理函数。
（3）新中断体系中, 怎么使用中断：
① 以前是request_irq发起，现在是先在设备树文件中声明想使用哪一个中断(哪一个中断控制器下的哪一个中断)
② 内核解析设备树时，会根据"中断控制器"确定irq_domain，根据"哪一个中断"确定hwirq，然后在irq_desc数组中找出一个空闲项，它的位置就是virq。并且把virq和hwirq的关系保存在irq_domain中：irq_domain.linear_revmap[hwirq] = virq;
③ 驱动程序 request_irq(virq, my_handler)
④ 发生硬件中断时，内核读取硬件信息，确定hwirq，确定 virq = irq_domain.linear_revmap[hwirq]；然后调用 irq_desc[virq].handle_irq，最终会用到my_handler
（4）假设要使用子中断控制器(subintc)的n号中断, 它发生时会导致父中断控制器(intc)的m号中断：
① 设备树表明要使用
② 解析设备树时，会为
③ 驱动程序 request_irq(virq', my_handler)
④ 发生硬件中断时，内核读取intc硬件信息，确定hwirq = m，确定 virq = irq_domain.linear_revmap[m]；然后调用 irq_desc[m].handle_irq, 即demux_func
⑤ demux_func：读取sub intc硬件信息，确定hwirq = n，确定 virq' = sub irq_domain.linear_revmap[n]；然后调用 irq_desc[n].handle_irq, 即my_handler
补充：图示
（1）触发INT4_7中断中的EINT4子中断
（2）使用子中断EINT4的过程
（3）注册的中断处理函数（保存在irq_desc数组中）
（4）S3C2440中的子中断
4 示例_在S3C2440上使用设备树描述中断体验
4.1 笔记
所用文件在: doc_and_sources_for_device_tree\source_and_images\第5,6课的源码及映像文件(使用了完全版的设备树)\内核补丁及设备树。
先解压原始内核(source_and_images\kernel):
tar xzf linux-4.19-rc3.tar.gz打上补丁:
cd linux-4.19-rc3
patch -p1 < ../linux-4.19-rc3_device_tree_for_irq_jz2440.patch在内核目录下执行:
export PATH=PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/work/system/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/bin
cp config_ok .config
make uImage // 生成 arch/arm/boot/uImage
make dtbs // 生成 arch/arm/boot/dts/jz2440_irq.dtb老内核:
/ # cat /proc/interrupts
CPU0
29: 17593 s3c 13 Edge samsung_time_irq
42: 0 s3c 26 Edge ohci_hcd:usb1
43: 0 s3c 27 Edge s3c2440-i2c.0
74: 86 s3c-level 0 Edge s3c2440-uart
75: 561 s3c-level 1 Edge s3c2440-uart
83: 0 s3c-level 9 Edge ts_pen
84: 0 s3c-level 10 Edge adc
87: 0 s3c-level 13 Edge s3c2410-wdt新内核：
nfs 30000000 192.168.1.124:/work/nfs_root/uImage;
nfs 32000000 192.168.1.124:/work/nfs_root/jz2440_irq.dtb;
bootm 30000000 - 32000000/ # cat /proc/interrupts
CPU0
8: 0 s3c 8 Edge s3c2410-rtc tick
13: 936 s3c 13 Edge samsung_time_irq
30: 0 s3c 30 Edge s3c2410-rtc alarm
32: 15 s3c-level 32 Level 50000000.serial
33: 60 s3c-level 33 Level 50000000.serial
59: 0 s3c-level 59 Edge 53000000.watchdog（1）某个设备要使用中断, 需要在设备树中描述中断, 如何?
它要用哪一个中断？这个中断连接到哪一个中断控制器去？即: 使用哪一个中断控制器的哪一个中断：至少有有2个属性：
interrupts // 表示要使用哪一个中断, 中断的触发类型等
interrupt-parent // 这个中断要接到哪一个设备去? 即父中断控制器是谁（2）上述的interrupts属性用多少个u32来表示?
这应该由它的父中断控制器来描述，在父中断控制器中, 至少有2个属性：
interrupt-controller; // 表示自己是一个中断控制器
#interrupt-cells // 表示自己的子设备里应该有几个U32的数据来描述中断4.2 图示
5 示例_使用设备树描述按键中断
5.1 笔记
在设备树的设备节点中描述“中断的硬件信息”，表明使用了”哪一个中断控制器里的哪一个中断，及中断触发方式“，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，驱动程序从platform_device的"中断资源"取出中断号，就可以request_irq了。
实验：
（1）把"002th_buttons_drv/jz2440_irq.dts" 放入内核 arch/arm/boot/dts目录，在内核根目录下执行：
make dtbs // 得到 arch/arm/boot/dts/jz2440_irq.dtb使用上节视频的uImage或这个jz2440_irq.dtb启动内核。
（2）编译、测试驱动：
① 把 002th_buttons_drv 上传到ubuntu
② 编译驱动:
export PATH=PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/work/system/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/bin
cd 002th_buttons_drv
make // 得到 buttons.ko③ 编译测试程序:
export PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/usr/local/arm/4.3.2/bin
cd 002th_buttons_drv
arm-linux-gcc -o buttons_test buttons_test.c④ 测试：
insmod buttons.ko
./buttons_test &
然后按键5.2 图示
（1）图1
（2）图2
（3）图3
（4）图4
6 内核对设备树中断信息的处理过程
6.1 笔记
6.1.1 第一部分
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 和 gpg irq controller
① root irq controller
- 在设备树中的描述
- 在内核中的驱动
② 对于S3C2440, 还有: gpf/gpg irq controller
- 在设备树中的描述(在pinctrl节点里)
- 在内核中的驱动 (在pinctrl驱动中)
（2）设备的中断
- 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")
- 在内核中的驱动 (在platform_driver.probe中获得IRQ资源, 即中断号)
6.1.2 irq_domain是核心
（1）每一个中断控制器都有一个irq_domain
（2）对设备中断信息的解析,
① 需要调用 irq_domain->ops->xlate （即从设备树中获得hwirq，type）
② 获取未使用的virq，保存：irq_domain->linear_revmap[hwirq] = virq；
③ 在hwirq和virq之间建立联系：要调用 irq_domain->ops->map，比如根据hwirq的属性设置virq的中断处理函数(是一个分发函数还是可以直接处理中断)
irq_desc[virq].handle_irq = 常规函数;如果这个hwirq有上一级中断，假设它的中断号为virq'，还要设置：
irq_desc[virq'].handle_irq = 中断分发函数;6.1.3 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?
① 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();② 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：
① 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。
② 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：
pinctrl系统的驱动程序：
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,
},
};② 设备树中：
pinctrl@56000000 {
reg = <0x56000000 0x1000>;
compatible = "samsung,s3c2440-pinctrl"; // 据此找到驱动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：
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”）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>;
};② 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。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，这里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（5）驱动程序从platform_device的"中断资源"取出中断号, 就可以request_irq了
6.2 图示
（1）图1
（2）图2
（3）图3
后面稍微有点潦草了哈~~~