目录

1 整体概述

2  irq_desc 数组

3  irqaction 结构体

4 irq_data 结构体

5 irq_domain 结构体 

6  irq_chip 结构体

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1 整体概述

该文章内容可以从 request_irq(include/linux/interrupt.h)函数一路分析得到。 能弄清楚下面这个图对 Linux 中断系统的掌握也基本到位了。

最核心的结构体是 irq_desc之前为了易于理解我们说在 Linux 内核中有一个中断数组对于每一个硬件中断都有一个数组项这个数组就是irq_desc 数组。 
注意如果内核配置了 CONFIG_SPARSE_IRQ那么它就会用基数树(radix tree)来代替 irq_desc 数组。SPARSE 的意思是“稀疏”假设大小为 1000 的数组中只用到 2 个数组项那不是浪费嘛所以在中断比较“稀疏”的情况下可以用基数树来代替数组。

2  irq_desc 数组

irq_desc 结构体在 include/linux/irqdesc.h 中定义主要内容如下图 

 每一个 irq_desc 数组项中都有一个函数handle_irq还有一个 action链表。要理解它们需要先看中断结构图

 外部设备 1、外部设备 n 共享一个 GPIO 中断 B多个 GPIO 中断汇聚到GIC(通用中断控制器)的 A 号中断GIC 再去中断 CPU。那么软件处理时就是反过来先读取 GIC 获得中断号 A再细分出 GPIO 中断 B最后判断是哪一个外部芯片发生了中断。 
所以中断的处理函数来源有三 
GIC 的处理函数 
假设 irq_desc[A].handle_irq 是 XXX_gpio_irq_handler(XXX 指厂家)这个函数需要读取芯片的 GPIO 控制器细分发生的是哪一个 GPIO 中断(假设是B)再去调用 irq_desc[B]. handle_irq。 
注 意 irq_desc[A].handle_irq 细 分 出 中 断 后 B 调 用 对 应 的irq_desc[B].handle_irq。 
显然中断 A 是 CPU 感受到的顶层的中断GIC 中断 CPU 时CPU 读取 GIC 状态得到中断 A。 
模块的中断处理函数 
比 如 对 于 GPIO 模 块 向 GIC 发 出 的 中 断 B 它 的 处 理 函 数 是irq_desc[B].handle_irq。 
BSP 开发人员会设置对应的处理函数一般是 handle_level_irq 或handle_edge_irq从名字上看是用来处理电平触发的中断、边沿触发的中断。 
注意导致 GPIO 中断 B 发生的原因很多可能是外部设备 1可能是外部设备n可能只是某一个设备也可能是多个设备。所以 irq_desc[B].handle_irq会调用某个链表里的函数这些函数由外部设备提供。这些函数自行判断该中断是否自己产生若是则处理。 
外部设备提供的处理函数 
这里说的“外部设备”可能是芯片也可能总是简单的按键。它们的处理函数由自己驱动程序提供这是最熟悉这个设备的“人”它知道如何判断设备是否发生了中断如何处理中断。 对于共享中断比如 GPIO 中断 B它的中断来源可能有多个每个中断源对应一个中断处理函数。所以 irq_desc[B]中应该有一个链表存放着多个中断源的处理函数。 
一旦程序确定发生了 GPIO 中断 B那么就会从链表里把那些函数取出来一一执行。这个链表就是 action 链表。 

对于我们举的这个例子来说irq_desc 数组如下

3  irqaction 结构体

irqaction 结构体在 include/linux/interrupt.h 中定义主要内容如下图

 

当调用 request_irq、request_threaded_irq 注册中断处理函数时内核就会构造一个 irqaction 结构体。在里面保存 name、dev_id 等最重要的是 handler、thread_fn、thread。 
handler 是中断处理的上半部函数用来处理紧急的事情。 
thread_fn 对应一个内核线程 thread当 handler 执行完毕Linux 内核会唤醒对应的内核线程。在内核线程里会调用 thread_fn 函数。 

⚫  可以提供 handler 而不提供 thread_fn就退化为一般的 request_irq 函
数。 
⚫  可以不提供 handler 只提供 thread_fn完全由内核线程来处理中断。 
⚫  也可以既提供 handler 也提供 thread_fn这就是中断上半部、下半部。

里面还有一个名为 sedondary 的 irqaction 结构体它的作用以后再分析。 在 reqeust_irq 时可以传入 dev_id为何需要 dev_id作用有 2 

•  中断处理函数执行时可以使用 dev_id 
•  卸载中断时要传入 dev_id这样才能在 action 链表中根据 dev_id 找到对应项 

所以在共享中断中必须提供 dev_id非共享中断可以不提供。

4 irq_data 结构体

irq_data 结构体在 include/linux/irq.h 中定义主要内容如下图 

 它就是个中转站里面有 irq_chip 指针 irq_domain 指针都是指向别的结构体。 
比较有意思的是 irq、hwirqirq 是软件中断号hwirq 是硬件中断号。
比如上面我们举的例子在 GPIO 中断 B 是软件中断号可以找到 irq_desc[B]这个数组项GPIO 里的第 x 号中断这就是 hwirq。 
谁来建立 irq、hwirq 之间的联系呢由 irq_domain 来建立。irq_domain会把本地的 hwirq 映射为全局的 irq什么意思比如 GPIO 控制器里有第 1 号中断UART 模块里也有第 1 号中断这两个“第 1 号中断”是不一样的它们属于不同的“域”──irq_domain。 

5 irq_domain 结构体 

irq_domain 结构体在 include/linux/irqdomain.h 中定义主要内容如下图

 当我们后面从设备树讲起如何在设备树中指定中断设备树的中断如何被转换为 irq 时irq_domain 将会起到极大的作为。 
这里基于入门的解度简单讲讲在设备树中你会看到这样的属性 

interrupt-parent = <&gpio1>; 
interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; 

它表示要使用 gpio1 里的第 5 号中断hwirq 就是 5。 
但是我们在驱动中会使用 request_irq(irq, handler)这样的函数来注册中断irq 是什么它是软件中断号它应该从“gpio1 的第 5 号中断”转换得来。 
谁把 hwirq 转换为 irq由 gpio1 的相关数据结构就是 gpio1 对应的irq_domain 结构体。 
irq_domain 结构体中有一个 irq_domain_ops 结构体里面有各种操作函数主要是 

⚫  xlate 用来解析设备树的中断属性提取出 hwirq、type 等信息。 
⚫  map 把 hwirq 转换为 irq。

 6  irq_chip 结构体

irq_chip 结构体在 include/linux/irq.h 中定义主要内容如下图 

 这个结构体跟“chip”即芯片相关里面各成员的作用在头文件中也列得很清楚摘录部分如下 

* @irq_startup:  start up the interrupt (defaults to ->enable if NULL) 
* @irq_shutdown:  shut down the interrupt (defaults to ->disable if NULL) 
* @irq_enable:   enable the interrupt (defaults to chip->unmask if NULL) 
* @irq_disable:  disable the interrupt 
* @irq_ack:    start of a new interrupt 
* @irq_mask:    mask an interrupt source 
* @irq_mask_ack:  ack and mask an interrupt source 
* @irq_unmask:   unmask an interrupt source 
* @irq_eoi:    end of interrupt 

我们在 request_irq 后并不需要手工去使能中断原因就是系统调用对应的 irq_chip 里的函数帮我们使能了中断。 
我们提供的中断处理函数中也不需要执行主芯片相关的清中断操作也是系统帮我们调用 irq_chip 中的相关函数。 
但是对于外部设备相关的清中断操作还是需要我们自己做的。就像上面图里的“外部设备 1“、“外部设备 n”外设备千变万化内核里可没有对应的清除中断操作。