良许Linux教程网 干货合集 细说Linux中断子系统domain

细说Linux中断子系统domain

随着现代CPU的复杂度加大,外设中断数量增加,实际上系统可能同时需要多个中断控制器进行级联,面对这样的趋势,Linux引入了irq domain这个概念。

对于Linux系统中所有的interrupt controller都会形成树状结构,对于每个interrupt controller都可以连接若干个外设的中断请求,interrupt controller会对连接其上的interrupt source进行编号(也就是HW interrupt ID,后面我们叫hirq),但这个编号仅仅限制在本interrupt controller范围内。既然存在hirq,那么在系统软件中, 就存在一个全局统管的编号,这个编号可以定位控制器和控制器中的中断号,我们把这个编号叫做virq(我们在Linux系统中调用API request_irq中需要的irq号 实际上是virq号)。对于中断级联,我们以TI的TiTDA系列为例,如下图:

Linux中断子系统domain详解Linux中断子系统domain详解
Linux中断子系统domain详解Linux中断子系统domain详解

如上图,该CPU是直接连接在中断控制器GICv3上面的,但是GIC不是直接和设备相连,而是与INTR控制器连接,而INTR控制器又与INTA控制器连接,最后INTA控制器才直接和设备相连。在这里其实就简单的形成了一个简单的树形结构。

domain里面的hirq排列可以是树形的也可以是线性的,本文主要说树形的

咋们先看看domain的结构(一个中断控制器就可以看成是一个domain):

struct irq_domain {
   struct list_head link;
   const char *name;    // domain的名字
   const struct irq_domain_ops *ops; // 当前domain的处理函数
   void *host_data;   // 存放私有数据
   unsigned int flags;
   unsigned int mapcount;

   /* Optional data */
   struct fwnode_handle *fwnode;  // 和设备树有关系
   enum irq_domain_bus_token bus_token;  // bus标记,用于匹配domain
   struct irq_domain_chip_generic *gc;
#ifdef    CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
   struct irq_domain *parent;          // 树形结构的父节点domain
#endif

   irq_hw_number_t hwirq_max;    // hwirq树形(radix tree)支持的最大节点数量
   unsigned int revmap_direct_max_irq; // hwirq和virq 1:1映射支持的最大数量
   unsigned int revmap_size;     // 线性映射支持的最大数量
   struct radix_tree_root revmap_tree;  // radix tree的树根
   struct mutex revmap_tree_mutex;
   unsigned int linear_revmap[];       // 线性映射的数组
}

如上图可知,domain的结构里面基本都是关于hirq相关信息的,因此,我们可以推断domain就是用于管理hirq的(每个domain都有自己的一套hirq),而domain中的ops字段就是用于操作这些hirq的, 下面是domain的操作函数ops的结构:

struct irq_domain_ops {
   int (*match)(struct irq_domain *d, struct device_node *node,
        enum irq_domain_bus_token bus_token); // 用于匹配domain,优先级低于selec
   int (*select)(struct irq_domain *d, struct irq_fwspec *fwspec,
        enum irq_domain_bus_token bus_token); // 用于匹配domain,优先级高于match
   int (*map)(struct irq_domain *d, unsigned int virq, irq_hw_number_t hw); // 线性映射
   void (*unmap)(struct irq_domain *d, unsigned int virq);
   int (*xlate)(struct irq_domain *d, struct device_node *node, // 通过参数,线性hirq获取
        const u32 *intspec, unsigned int intsize,
        unsigned long *out_hwirq, unsigned int *out_type);
#ifdef    CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
   /* extended V2 interfaces to support hierarchy irq_domains */
   int (*alloc)(struct irq_domain *d, unsigned int virq,//树形节点申请,映射(只有树形才有这个)
        unsigned int nr_irqs, void *arg);
   void (*free)(struct irq_domain *d, unsigned int virq,
        unsigned int nr_irqs);
   int (*activate)(struct irq_domain *d, struct irq_data *irqd, bool reserve); // 中断激活
   void (*deactivate)(struct irq_domain *d, struct irq_data *irq_data);
   int (*translate)(struct irq_domain *d, struct irq_fwspec *fwspec, //通过参数对树形hirq获取
            unsigned long *out_hwirq, unsigned int *out_type);
#endif
}

如上图,对于domain的hirq,我们可以看到结构里面有查询分配hirq,以及hirq与virq的映射的函数。现在,我们已经了解了domain的数据结构,下面是一个中断控制器注册一个domain的流程:

irq_domain_add_hierarchy
       irq_domain_create_tree
            __irq_domain_add
                 list_add(&domain->link, &irq_domain_list)

可见最终所有的domain都添加到irq_domain_list链表当中的。但是我们知道,我们调用request_irq用的是virq号,而并不是hirq,因为hirq号不是唯一的,每个domain都可能会存在一个相同的hirq,因此Linux才增加的virq编号,这个编号是独立的且唯一。现在domain已经注册好了,但是hirq和virq直接的关系还没有建立起来,因此我们还不能用virq来注册中断,如下是把hirq和virq做一个映射函数调用:

irq_create_fwspec_mapping(传入domain和参数)
   irq_find_matching_fwspec
       domain->ops->match // 查看当前domain和参数指定的domain是否匹配
   irq_domain_translate
       domain->ops->translate // 通过参数申请一个hirq号
   irq_find_mapping // 通过hirq去查询,这个hirq是否已经映射,如果已经映射,就返回virq
   irq_domain_alloc_irqs // hirq没有映射,通过该函数去申请一个virq并映射
       __irq_domain_alloc_irqs
           irq_domain_alloc_descs // 申请一个irq_desc描述
           irq_domain_alloc_irq_data // 为virq设置irq_data树,该virq会为它所在的domain的父domain,一直到root domain添加irq_data
           irq_domain_alloc_irqs_hierarchy // 向domain申请hirq,并和virq做映射
               domain->ops->alloc
                   irq_domain_set_hwirq_and_chip // 将hirq与virq的irq_data关联
           irq_domain_insert_irq//将virq信息插入到每一级irq_data里面(一个domain对应一个irq_data)

如上图,当驱动调用irq_create_fwspec_mapping函数的时候,该函数会通过参数在指定的domain里面的申请hirq,然后申请一个virq,并将virq和hirq关联起来。下图是,irq_data的结构图: Linux中断子系统domain详解Linux中断子系统domain详解

如上图所示,在domain里面利用linear_revmap(线性)或者revmap_tree(radix tree)来保存irq_data结构,在接收到中断的时候,我们只知道hirq号和对应的domain,因此可以以hirq为key值从revmap_tree或者linear_revmap当中获取到irq_data数据结构;当我们调用request_irq的时候,只填入了virq,因此也可以通过virq做为key在irq_desc_tree或者irq_desc[]数组中获取到irq_desc描述,从而获取到这个描述的irq_data。irq_data包含irq_chip(中断控制屏蔽掩码,设置触发方式等函数)、virq(这个值和该irq_data的父节点parent_data(irq_data)的virq的值相同),hwirq(每个irq_data的hwirq是不同的,对应不同的domain内部编号)、domain(指向当前irq_data所在的domain)、chip_data(指向当前irq_data所在domain的私有数据)、parent_data(指向irq_data的父节点,这个父节点存放父domain相关信息)。

linear_revmap和revmap_tree是domain结构里面的变量,每个domain都有,用于保存hirq与irq_data的对应关系;irq_desc_tree和irq_desc[]是全局变量,用于保存irq_desc结构的链表或者树。

通常在ARMv8体系结构中,中断处理的流程,如下图:

Linux中断子系统domain详解Linux中断子系统domain详解
Linux中断子系统domain详解Linux中断子系统domain详解

如上图,我们这个处理流程是el1模式的,在el1模式的时候,汇编级别的共用中断函数为el1_irq。图中我们可以看见几个箭头指示的点,1、handle_arch_irq;2、desc->handle_irq;3、irqaction->handler。我们知道,通常ARM体系结构的CPU都和GIC中断控制器相连,详细《ARM中断控制器-GICv2》,因此,handle_arch_irq这个全局函数指针,是有通用的中断控制器GIC驱动设置的(GIC驱动调用set_handle_irq函数设置),这样CPU上的所有异常中断都经过GIC的回调函数处理。GIC的这个回调函数gic_handle_irq(就是handle_arch_irq),负责mask中断和eoi中断(eoi就是ack控制器)。在这个回调函数里面,我们可以通过寄存器值获取到当前控制的那个中断号(该domain的hirq)触发了中断,然后通过hirq可以获取到对应的virq,从而获取到irq_desc描述,最后调用irq_desc描述的handle_irq来处理该中断。由图中,我们还看到handle_irq这个函数其实也是注册的,但是为了方便统一,这个回调通常都是gic驱动为每个中断注册一个统一的回调函数(handle_fasteoi_irq);handle_fasteoi_irq这个函数支持中断共享,然后依次调用挂在irq_desc下面的irqaction结构中的handle函数(玩家每调用依次request_irq就会在对应的virq上增加一个irqaction)。

irq_desc是一个virq对应的描述结构体,每个virq对应一个该结构。在irq_desc结构体里面有irq_data和irqaction变量,一个用于存放与当前virq映射的hirq信息,另一个用于存放该virq的中断回调处理函数。nr_irqs全局变量保存当前支持最大的中断数(可以通过irq_expand_nr_irqs函数扩展)

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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