Exynos4412 中断驱动开发（三）—— 设备树中中断节点的创建

      提到中断就必须了解到GIC，下面先了解一下GIC

一、GIC概念

        GIC（Generic Interrupt Controller）是ARM公司提供的一个通用的中断控制器。GIC通过AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）这样的片上总线连接到一个或者多个ARM processor上。

        下面是Exynos4412-fs4412 开发板(内核版本为 Linux 3.14)的中断源连线：

二、设备树中中断如何工作

       与遵循树的自然结构而进行的地址转换不同，机器上的任何设备都可以发起和终止中断信号。另外地址的编址也不同于中断信号，前者是设备树的自然表示，而后者者表现为独立于设备树结构的节点之间的链接。描述中断连接需要四个属性：

 ■  interrupt-controller - 一个空的属性定义该节点作为一个接收中断信号的设备。

 ■  #interrupt-cells - 这是一个中断控制器节点的属性。它声明了该中断控制器的中断指示符中 cell 的个数（类似于 #address-cells 和 #size-cells）。

 ■  interrupt-parent - 这是一个设备节点的属性，包含一个指向该设备连接的中断控制器的 phandle。那些没有 interrupt-parent 的节点则从它们的父节点中继承该属性。

 ■  interrupts - 一个设备节点属性，包含一个中断指示符的列表，对应于该设备上的每个中断输出信号。

      中断指示符是一个或多个 cell 的数据（由 #interrupt-cells 指定），这些数据指定了该设备连接至哪些输入中断。在以下的例子中，大部分设备都只有一个输出中断，但也有可能在一个设备上有多个输出中断。一个中断指示符的意义完全取决于与中断控制器设备的 binding。每个中断控制器可以决定使用几个 cell 来唯一的定义一个输入中断。

下面的代码为我们 Coyote's Revenge 模型机添加了中断连接：

/ {

    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    interrupt-parent = <&intc>;

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };

        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <1>;
        };
    };

    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000 >;
        interrupts = < 1 0 >;
    };

    serial@101f2000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f2000 0x1000 >;
        interrupts = < 2 0 >;
    };

    gpio@101f3000 {
        compatible = "arm,pl061";
        reg = <0x101f3000 0x1000
               0x101f4000 0x0010>;
        interrupts = < 3 0 >;
    };

    intc: interrupt-controller@10140000 {
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000 >;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <2>;
    };

    spi@10115000 {
        compatible = "arm,pl022";
        reg = <0x10115000 0x1000 >;
        interrupts = < 4 0 >;
    };

    external-bus {
        #address-cells = <2>
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0 0  0x10100000   0x10000     // Chipselect 1, Ethernet
                  1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller
                  2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash


        ethernet@0,0 {
            compatible = "smc,smc91c111";
            reg = <0 0 0x1000>;
            interrupts = < 5 2 >;
        };

        i2c@1,0 {
            compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
            reg = <1 0 0x1000>;
            interrupts = < 6 2 >;

            rtc@58 {
                compatible = "maxim,ds1338";
                reg = <58>;
                interrupts = < 7 3 >;
            };
        };

        flash@2,0 {
            compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
            reg = <2 0 0x4000000>;
        };
    };
};

需要注意的事情：

■ 这个机器只有一个中断控制器：interrupt-controller@10140000。

■ 中断控制器节点上添加了‘inc:’标签，该标签用于给根节点的 interrupt-parent 属性分配一个 phandle。这个 interrupt-parent 将成为本系统的默认值，因为所有的子节点都将继承它，除非显示覆写这个属性。

■ 每个设备使用 interrupts 属性来不同的中断输入线。

■ #interrupt-cells 是 2，所以每个中断指示符都有 2 个 cell。本例使用一种通用的模式，也就是用第一个 cell 来编码中断线号；然后用第二个 cell 编码标志位，比如高电平/低电平有效，或者边缘/水平触发。对于任何给定的中断控制器，请参考该控制器的 binding 文档以了解指示符如何编码。

 
三、GIC DTS描述

1、中断系统概述

    对于中断系统，主要有三个角色：

（1）processor：主要用于处理中断；

（2）Interrupt Generating Device：通过硬件的interrupt line表明自身需要处理器的进一步处理（例如有数据到来、异常状态等）

（3）interrupt controller：负责收集各个外设的异步事件，用有序、可控的方式通知一个或者多个processor。

2、DTS如何描述Interrupt Generating Device

     对于Interrupt Generating Device，我们需要定义下面两个属性：

（1） Interrupt属性：该属性主要描述了中断的HW interrupt ID以及类型。

（2）interrupt-parent 属性：该属性主要描述了该设备的interrupt request line连接到哪一个interrupt controller。

我们以一个简单的串口为例子，

uart3: serial@48020000 {
       compatible = "ti,omap4-uart";
       reg = <0x48020000 0x100="">;
       interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
       ti,hwmods = "uart3";
       clock-frequency = <48000000>;
};

    对于uart3，interrupts属性用3个cell（对于device tree，cell是指由32bit组成的一个信息单位）表示。GIC_SPI 描述了interrupt type。

对于GIC，它可以管理4种类型的中断：

1）外设中断（Peripheral interrupt）

       根据目标CPU的不同，外设的中断可以分成PPI（Private Peripheral Interrupt）和SPI（Shared Peripheral Interrupt）。PPI只能分配给一个确定的processor，而SPI可以由Distributor将中断分配给一组Processor中的一个进行处理。外设类型的中断一般通过一个interrupt request line的硬件信号线连接到中断控制器，可能是电平触发的（Level-sensitive），也可能是边缘触发的（Edge-triggered）。

2）软件触发的中断（SGI，Software-generated interrupt）

       软件可以通过写GICD_SGIR寄存器来触发一个中断事件，这样的中断，可以用于processor之间的通信。

3）虚拟中断（Virtual interrupt）和Maintenance interrupt。

     这两种中断和本文无关，不再赘述。

     在DTS中，外设的interrupt type有两种，一种是SPI，另外一种是PPI。SGI用于processor之间的通信，和外设无关。     uart3的interrupt属性中的74表示该外设使用的GIC interrupt ID号。GIC最大支持1020个HW interrupt ID，具体的ID分配情况如下：1）ID0~ID31是用于分发到一个特定的process的interrupt。标识这些interrupt不能仅仅依靠ID，因为各个interrupt source都用同样的ID0~ID31来标识，因此识别这些interrupt需要interrupt ID ＋ CPU interface number。ID0~ID15用于SGI，ID16~ID31用于PPI。PPI类型的中断会送到指定的process上，和其他的process无关。SGI是通过写GICD_SGIR寄存器而触发的中断。Distributor通过processor source ID、中断ID和target processor ID来唯一识别一个SGI。2）ID32~ID1019用于SPI。uart3的interrupt属性中的IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH用来描述触发类型。

3、DTS如何描述GIC

     linux-3.14\arch\arm\boot\dts\exynos4412.dtsi文件中

#include "exynos4x12.dtsi"
/{      
	compatible = "samsung,exynos4412";     
	gic: interrupt-controller@10490000 {      
		cpu-offset = <0x4000>; 
	};     

	interrupt-controller@10440000 {            
		samsung,combiner-nr = <20>;            
		interrupts =    <0 0 0>, <0 1 0>, <0 2 0>, <0 3 0>,                       
				<0 4 0>, <0 5 0>, <0 6 0>, <0 7 0>,                       
				<0 8 0>, <0 9 0>, <0 10 0>, <0 11 0>,                      
 				<0 12 0>, <0 13 0>, <0 14 0>, <0 15 0>,                        
				<0 107 0>, <0 108 0>, <0 48 0>, <0 42 0>;     
	};
};

a -- compatible属性

      compatible属性用来描述GIC的programming model。该属性的值是string list，定义了一系列的modle（每个string是一个model）。这些字符串列表被操作系统用来选择用哪一个driver来驱动该设备。

     假设定义该属性：compatible = “a厂商，p产品”, “标准bbb类型设备”。那么linux kernel可能首先使用“a厂商，p产品”来匹配适合的driver，如果没有匹配到，那么使用字符串“标准bbb类型设备”来继续寻找适合的driver。

     compatible属性有两个应用场景：

1）对于root node，compatible属性是用来匹配machine type的（参考Device Tree相关文档）

2）对于普通的HW block的节点，例如interrupt-controller，compatible属性是用来匹配适合的driver的。

b -- interrupt-controller 

       interrupt-controller这个没有定义value的属性用来表明本设备节点就是一个interrupt controller。理解#interrupt-cells这个属性需要理解interrupt specifier和interrupt domain这两个概念。interrupt specifier其实就是外设interrupt的属性值，对于uart3而言，其interrupt specifier就是<GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>，也就是说，interrupt specifier定义了一个外设产生中断的规格（HW interrupt ID ＋ interrupt type）。

     具体如何解析interrupt specifier？这个需要限定在一定的上下文中，不同的interrupt controller会有不同的解释。因此，对于一个包含多个interrupt controller的系统，每个interrupt controller及其相连的外设组成一个interrupt domain，各个外设的interrupt specifier只能在属于它的那个interrupt domain中得到解析。#interrupt-cells定义了在该interrupt domain中，用多少个cell来描述一个外设的interrupt specifier。

c -- reg

      reg属性定义了GIC的memory map的地址.

三、GIC的HW block diagram描述

1、Distributor

      Distributor的主要的作用是检测各个interrupt source的状态，控制各个interrupt source的行为，分发各个interrupt source产生的中断事件到各个processor。

Distributor对中断的控制包括：

1）中断enable或者disable的控制。Distributor对中断的控制分成两个级别。一个是全局中断的控制。一旦disable了全局的中断，那么任何的interrupt source产生的interrupt event都不会被传递到CPU interface。另外一个级别是对针对各个interrupt source进行控制，disable某一个interrupt source会导致该interrupt event不会分发到CPU interface，但不影响其他interrupt source产生interrupt event的分发。

2）控制中断事件分发到process。一个interrupt事件可以分发给一个process，也可以分发给若干个process。

3）优先级控制。

4）interrupt属性设定。例如是level-sensitive还是edge-triggered，是属于group 0还是group 1。

     Distributor可以管理若干个interrupt source，这些interrupt source用ID来标识，我们称之interrupt ID。

2、CPU interface

      CPU interface这个block主要用于和process进行接口。该block的主要功能包括：

1）enable或者disable

     对于ARM，CPU interface block和process之间的中断信号线是nIRQ和nFIQ这两个signal。如果disable了中断，那么即便是Distributor分发了一个中断事件到CPU interface，但是也不会assert指定的nIRQ或者nFIQ通知processor。

2）ackowledging中断

     processor会向CPU interface block应答中断，中断一旦被应答，Distributor就会把该中断的状态从pending状态修改成active。如果没有后续pending的中断，那么CPU interface就会deassert nIRQ或者nFIQ的signal。如果在这个过程中又产生了新的中断，那么Distributor就会把该中断的状态从pending状态修改成pending and active。这时候，CPU interface仍然会保持nIRQ或者nFIQ信号的asserted状态，也就是向processor signal下一个中断。

3）中断处理完毕的通知

     当interrupt handler处理完了一个中断的时候，会向写CPU interface的寄存器从而通知GIC CPU已经处理完该中断。做这个动作一方面是通知Distributor将中断状态修改为deactive，另外一方面，如果一个中断没有完成处理，那么后续比该中断优先级低的中断不会assert到processor。一旦标记中断处理完成，被block掉的那些比当前优先级低的中断就会递交给processor。

4）设定priority mask

     通过priority mask，可以mask掉一些优先级比较低的中断，这些中断不会通知到CPU。

5）设定preemption的策略

6）在多个中断事件同时到来的时候，选择一个优先级最高的通知processor

四、本次按键中断节点填写

1、查看原理图

2、可以看到中断 EINT9  EINT10  挂在GPX1下 1 2

3、查看中断号

4、确定其父节点

5、确定中断节点

fs4412-key{      
	compatible = "fs4412,key";     
	interrupt-parent = <&gpx1>;
	interrupts = <1 2>,<2 2>;
};