1.中斷處理體系結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核將所有中斷統(tǒng)一編號，使用一個irq_desc結(jié)構(gòu)數(shù)組來描述這些中斷。

數(shù)組聲明在/linux/kernel/irq/handle.c中，其中#define NR_IRQS 128，定義在/linux/include/asm/irq.h中

 1 /*

 2  * Linux has a controller-independent interrupt architecture.

 3  * Every controller has a 'controller-template', that is used

 4  * by the main code to do the right thing. Each driver-visible

 5  * interrupt source is transparently wired to the appropriate

 6  * controller. Thus drivers need not be aware of the

 7  * interrupt-controller.

 8  *

 9  * The code is designed to be easily extended with new/different

10  * interrupt controllers, without having to do assembly magic or

11  * having to touch the generic code.

12  *

13  * Controller mappings for all interrupt sources:

14  */

15 struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS] __cacheline_aligned_in_smp = {

16     [0 ... NR_IRQS-1] = {

17         .status = IRQ_DISABLED,

18         .chip = &no_irq_chip,

19         .handle_irq = handle_bad_irq,

20         .depth = 1,

21         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(irq_desc->lock),

22 #ifdef CONFIG_SMP

23         .affinity = CPU_MASK_ALL

24 #endif

25     }

26 };

irq_desc結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型在/linuxinclude/linux/irq.h中定義，

 1 struct irq_desc {

 2     irq_flow_handler_t    handle_irq;

 3     struct irq_chip        *chip;

 4     struct msi_desc        *msi_desc;

 5     void            *handler_data;

 6     void            *chip_data;

 7     struct irqaction    *action;    /* IRQ action list */

 8     unsigned int        status;        /* IRQ status */

 9 

10     unsigned int        depth;        /* nested irq disables */

11     unsigned int        wake_depth;    /* nested wake enables */

12     unsigned int        irq_count;    /* For detecting broken IRQs */

13     unsigned int        irqs_unhandled;

14     spinlock_t        lock;

15 #ifdef CONFIG_SMP

16     cpumask_t        affinity;

17     unsigned int        cpu;

18 #endif

19 #if defined(CONFIG_GENERIC_PENDING_IRQ) || defined(CONFIG_IRQBALANCE)

20     cpumask_t        pending_mask;

21 #endif

22 #ifdef CONFIG_PROC_FS

23     struct proc_dir_entry    *dir;

24 #endif

25     const char        *name;

26 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;

handle_irq是這個或這組中斷的處理函數(shù)入口。發(fā)生中斷時，總?cè)肟诤瘮?shù)asm_do_IRQ將根據(jù)中斷號調(diào)用相應(yīng)irq_desc數(shù)組項中handle_irq.

typedef    void fastcall (*irq_flow_handler_t)(unsigned int irq,                struct irq_desc *desc);

handle_irq使用chip結(jié)構(gòu)中的函數(shù)清除、屏蔽或者重新使能中斷，還要調(diào)用用戶在action鏈表中注冊的中斷處理函數(shù)。irq_chip結(jié)構(gòu)類型也是在include/linux/irq.h中定義，其中的成員大多用于操作底層硬件，比如設(shè)置寄存器以屏蔽中斷，使能中斷，清除中斷等。注意這里的成員name會出現(xiàn)在/proc/interrupts中。

struct irq_chip {

    const char    *name;

    unsigned int    (*startup)(unsigned int irq);

    void        (*shutdown)(unsigned int irq);

    void        (*enable)(unsigned int irq);

    void        (*disable)(unsigned int irq);

    void        (*ack)(unsigned int irq);

    void        (*mask)(unsigned int irq);

    void        (*mask_ack)(unsigned int irq);

    void        (*unmask)(unsigned int irq);

    void        (*eoi)(unsigned int irq);

    void        (*end)(unsigned int irq);

    void        (*set_affinity)(unsigned int irq, cpumask_t dest);

    int        (*retrigger)(unsigned int irq);

    int        (*set_type)(unsigned int irq, unsigned int flow_type);

    int        (*set_wake)(unsigned int irq, unsigned int on);

    /* Currently used only by UML, might disappear one day.*/

#ifdef CONFIG_IRQ_RELEASE_METHOD

    void        (*release)(unsigned int irq, void *dev_id);

#endif

    /*

     * For compatibility, ->typename is copied into ->name.

     * Will disappear.

     */

    const char    *typename;

};

irq_desc結(jié)構(gòu)中的irqaction結(jié)構(gòu)類型在include/linux/iterrupt.h中定義。用戶注冊的每個中斷處理函數(shù)用一個irqaction結(jié)構(gòu)來表示，一個中斷比如共享中斷可以有多個處理函數(shù)，它們的irqaction結(jié)構(gòu)鏈接成一個鏈表，以action為表頭。irqation結(jié)構(gòu)在linux/include/linux/interrupt.h中定義如下：

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

struct irqaction {

    irq_handler_t handler;

    unsigned long flags;

    cpumask_t mask;

    const char *name;

    void *dev_id;

    struct irqaction *next;

    int irq;

    struct proc_dir_entry *dir;

};

irq_desc結(jié)構(gòu)數(shù)組、它的成員“struct irq_chip *chip” 'struct irqaction *action',這3種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了中斷處理體系的框架。下圖中描述了Linxu中斷處理體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系圖：

中斷處理流程如下

(1)發(fā)生中斷時，CPU執(zhí)行異常向量vector_irq的代碼

(2)在vector_irq里面，最終會調(diào)用中斷處理的總?cè)肟诤瘮?shù)asm_do_IRQ

(3)asm_do_IRQ根據(jù)中斷號調(diào)用irq_desc數(shù)組項中的handle_irq。

(4)handle_irq會使用chip成員中的函數(shù)來設(shè)置硬件，比如清除中斷、禁止中斷、重新使能中斷等

(5)handle_irq逐個調(diào)用用戶在aciton鏈表中注冊的處理函數(shù)

   中斷體系結(jié)構(gòu)的初始化就是構(gòu)造這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如irq_desc數(shù)組項中的handle_irq、chip等成員；用戶注冊中斷時就是構(gòu)造action鏈表；用戶卸載中斷時就是從action鏈表中去除不需要的項。

2.中斷處理體系結(jié)構(gòu)的初始化

init_IRQ函數(shù)被用來初始化中斷處理體系結(jié)構(gòu)，代碼在arch/arm/kernel/irq.c中

void __init init_IRQ(void)

{

    int irq;

    for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++)

        irq_desc[irq].status |= IRQ_NOREQUEST | IRQ_NOPROBE;

#ifdef CONFIG_SMP

    bad_irq_desc.affinity = CPU_MASK_ALL;

    bad_irq_desc.cpu = smp_processor_id();

#endif

    init_arch_irq();

}

下面簡單分析下init_arch_irq();的獲取過程及調(diào)用順序

1 /*

2 init_arch_irq()的由來

3 定義一個空函數(shù)指針void (*init_arch_irq)(void) __initdata = NULL;

4 */

5 asmlinkage void __init start_kernel(void)

6     -->setup_arch(&command_line);

7         -->init_arch_irq = mdesc->init_irq;

8     -->init_IRQ();    

9         -->init_arch_irq()//即mdesc->init_irq=s3c24xx_init_irq

上述machine_desc結(jié)構(gòu)在/linux/arch/arm/mach-s3c2410/mach-bast.c如下宏中獲得，后面會分析machine_desc結(jié)構(gòu)。

MACHINE_START(BAST, 'Simtec-BAST')

    //Maintainer: Ben Dooks  

    .phys_io    = S3C2410_PA_UART,

    .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

    .boot_params    = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

    .map_io        = bast_map_io,

    .init_irq    = s3c24xx_init_irq,

    .init_machine    = bast_init,

    .timer        = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

對于S3C2440開發(fā)板，這個函數(shù)就是s3c24xx_init_irq,移植machine_desc結(jié)構(gòu)中的init_irq成員就指向這個函數(shù)s3c24xx_init_irq函數(shù)在arch/arm/plat-s3c24xx/irq.c中定義，它為所有中斷設(shè)置了芯片相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（irq_desc[irq].chip），設(shè)置了處理函數(shù)入口（irq_desc[irq].handle_irq）。

以外部中斷EINT4-EINT23為例，用來設(shè)置它們的代碼如下：

void __init s3c24xx_init_irq(void)

{

    ...

    for (irqno = IRQ_EINT4; irqno <= IRQ_EINT23; irqno++) {

        irqdbf('registering irq %d (extended s3c irq)n', irqno);

        set_irq_chip(irqno, &s3c_irqext_chip);

        set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq);

        set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID);

    }

    ...    

}

set_irq_chip函數(shù)的作用就是“irq_desc[irno].chip = &s3c_irqext_chip”,以后就可能通過irq_desc[irqno].chip結(jié)構(gòu)中的函數(shù)指針設(shè)置這些外部中斷的觸發(fā)方式（電平觸發(fā)，邊沿觸發(fā)），使能中斷，禁止中斷。

set_irq_chip函數(shù)的作用就是“irq_desc[irno].handler_irq = handle_edge_irq”，設(shè)置這些中斷的處理函數(shù)入口為handle_edge_irq。發(fā)生中斷時handle_edge_irq函數(shù)會調(diào)用用戶注冊的具體處理函數(shù)；

set_irq_flags設(shè)置中斷標志為“IRQF_VALID”，表示可以使用它們。

init_IRQ函數(shù)執(zhí)行完后，irq_desc數(shù)組項的chip,handl_irq成員都被設(shè)置。

3.用戶注冊中斷過程分析

調(diào)用/linux/kernel/irq/manage.c中的request_irq函數(shù)。

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)

    -->struct irqaction *action = kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_ATOMIC);

    -->action->handler = handler;

    -->action->flags = irqflags;

    -->cpus_clear(action->mask);

    -->action->name = devname;

    -->action->next = NULL;

    -->action->dev_id = dev_id;

    -->retval = setup_irq(irq, action);

        -->request_irq函數(shù)根據(jù)中斷號找到irq_desc數(shù)組項，然后在它的action鏈表添加一個表

        -->irq_chip_set_defaults(desc->chip);//chip成員在init_IRQ()中已經(jīng)設(shè)置，這里設(shè)置其中還沒有設(shè)置的。

        -->設(shè)置中斷觸發(fā)方式

        -->啟動中斷

3.1將新建的irqaction結(jié)構(gòu)鏈入irq_desc[irq]結(jié)構(gòu)的action鏈表中

這有兩種可能。如果action鏈表為空，則直接鏈入；否則先判斷新建的irqaction結(jié)構(gòu)和鏈表中的irqaction結(jié)構(gòu)所表示的中斷類型是否一致，即是否都聲明為'可共享的'（IRQF_SHARED)、是否都使用相同的觸發(fā)方式，如果一致，則將新建的irqation結(jié)構(gòu)鏈入。

3.2設(shè)置irq_desc[irq]結(jié)構(gòu)中chip成員的還沒設(shè)置的指針

讓它們指向一些默認函數(shù)。chip成員在init_IRQ函數(shù)初始化中斷體系結(jié)構(gòu)的時候已經(jīng)設(shè)置了，這里只是設(shè)置其中還沒設(shè)置的指針這通過irq_chip_set_defaults函數(shù)來完成，它在kernel/irq/chip.c中定義

3.3設(shè)置中斷的觸發(fā)方式

如果requestt_irq傳入的irqflags參數(shù)表示中斷的觸發(fā)方式為高低電平觸發(fā)/邊沿觸發(fā)，則調(diào)用irq_desc[irq]結(jié)構(gòu)中的chip-.set_type成員函數(shù)來進行設(shè)置：設(shè)置引腳功能為外部中斷，設(shè)置中斷觸發(fā)方式。

3.4啟動中斷

如果irq_desc[irq]結(jié)構(gòu)中status成員沒有被指明IRQ_NOAUTOEN（表示注冊中斷時不要使用中斷），還要調(diào)用chip->startup或chip->enable來啟動中斷，所謂啟動中斷通常就是使用中斷。一般情況下，只有那些“可以自動使能的”中斷對應(yīng)的irq_desc[irq].status才會被指明為IRQ_NOAUTOEN，所以，無論哪種情況，執(zhí)行request_irq注冊中斷之后，這個中斷就已經(jīng)被使能了。