Linux中断处理体系结构分析(二)
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handle_irq是这个或这组中断的处理函数入口。发生中断时,总入口函数asm_do_IRQ将根据中断号调用相应irq_desc数组项中handle_irq.handle_irq使用chip结构中的函数清除、屏蔽或者重新使能中断,还要调用用户在action链表中注册的中断处理函数。
irq_chip结构类型也是在include/linux/irq.h中定义,其中的成员大多用于操作底层硬件,比如设置寄存器以屏蔽中断,使能中断,清除中断等。
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irq_desc结构中的irqaction结构类型在include/linux/iterrupt.h中定义。用户注册的每个中断
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irq_desc结构数组、它的成员“struct irq_chip *chip” "struct irqaction *action",这3种数据结构构成了中断处理体系的框架。下图中描述了Linxu中断处理体系结构的关系图:
(1)发生中断时,CPU执行异常向量vector_irq的代码
(2)在vector_irq里面,最终会调用中断处理的总入口函数asm_do_IRQ
(3)asm_do_IRQ根据中断号调用irq_desc数组项中的handle_irq。
(4)handle_irq会使用chip成员中的函数来设置硬件,比如清除中断、禁止中断、重新使能中断等
(5)handle_irq逐个调用用户在aciton链表中注册的处理函数
中断体系结构的初始化就是构造这些数据结构,比如irq_desc数组项中的handle_irq、chip等成员;用户 注册中断时就是构造action链表;用户卸载中断时就是从action链表中去除不需要的项。
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157~~158行 初始化irq_desc结构数组中每一项的中断状态
第160行调用架构相关的中断初始化函数。对于S3C2440开发板,这个函数就是s3c24xx_init_irq,移植machine_desc结构中的init_irq成员就指向这个函数s3c24xx_init_irq函数在arch/arm/plat-s3c24xx/irq.c中定义,它为所有中断设置了芯片相关的数据结构(irq_desc[irq].chip),设置了处理函数入口(irq_desc[irq].handle_irq)。以外部中断EINT4-EINT23为例,用来设置它们的代码如下:
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在639行set_irq_chip函数的作用就是“irq_desc[irno].chip = &s3c_irqext_chip”,以后就可能通过irq_desc[irqno].chip结构中的函数指针设置这些外部中断的触发方式(电平触发,边沿触发),使能中断,禁止中断。
在640行设置这些中断的处理函数入口为handle_edge_irq,即“irq_desc[irqno].handle_irq =handle_edge_irq”.发生中断时,handle_edge_irq函数会调用用户注册的具体处理函数; 在641行设置中断标志为“IRQF_VALID”,表示可以使用它们。init_IRQ函数执行完后,irq_desc数组项的chip,handl_irq成员都被设置
2.2 用户注册中断处理函数的过程
用户驱动程序通过request_irq函数向内核注册中断处理函数,request_irq函数根据中断号找到irq_desc数组项,然后在它的action链表添加一个表项。原先的内核中requset_irq函数在kernel/irq/manage.c中定义,而现在2.6.32版本中,进行了改变,可以看这篇文章 ,这里解释了,在2.6.32内核中我们可以看到找不到了request_irq函数的实现,而是用request_threaded_irq()函数给替换了。我们可以在inclue/linux/interrupt.h中找到这个函数的原型。
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其实具体的实现在request_threaded_irq函数中,也是在/kernel/irq/manage.c中定义,requset_threaded_irq函数首先使用这4个参数构造一个irqaction结构,然后调用setup_irq函数将它链入链表中,
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setup_irq函数也是在kernel/irq.manage.c中定义,它完成如下3个主要功能
(1)将新建的irqaction结构链入irq_desc[irq]结构的action链表中,这有两种可能。
如果action链表为空,则直接链入,否则先判断新建的irqaction结构和链表中的irqaction结构所表示的中断类型是否一致,即是否都声明为"可共享的"(IRQF_SHARED)、是否都使用相同的触发方式,如果一致,则将新建的irqation结构链入
(2)设置irq_desc[irq]结构中chip成员的还没设置的指针,让它们指向一些默认函数
chip成员在init_IRQ函数初始化中断体系结构的时候已经设置了,这里只是设置其中还没设置的指针这通过irq_chip_set_defaults函数来完成,它在kernel/irq/chip.c中定义
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(4)启动中断
如果irq_desc[irq]结构中status成员没有被指明IRQ_NOAUTOEN(表示注册中断时不要使用中断),还要调用chip->startup或chip->enable来启动中断,所谓启动中断通常就是使用中断。一般情况下,只有那些“可以自动使能的”中断对应的irq_desc[irq].status才会被指明为IRQ_NOAUTOEN,所以,无论哪种情况,执行request_irq注册中断之后,这个中断就已经被使能了。
总结一下request_irq函数注册
(1)irq_des[irq]结构中的action链表中已经链入了用户注册的中断处理函数
(2)中断的触发方式已经被设好
(3)中断已经被使能
2.3 中断的处理过程
asm_do_IRQ是中断的C语言总入口函数,它在/arch/arm/kernel/irq.c中定义,
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desc_hand_irq函数直接调用desc结构中的hand_irq成员函数,它就是irq_desc[irq].handle.irq
asm_do_IRQ函数中参数irq的取值范围为IRQ_EINT0~(IRQ_EINT0 + 31),只有32个取值。它可能是一个实际的中断号,也可能是一组中断的中断号。这里有S3C2440的芯片特性决定的:发生中断时,INTPND寄存器的某一位被置1,INTOFFSET寄存器中记录了是哪一位(0--31),中断向量调用asm_do_IRQ之前要把INTOFFSET寄存器的值确定irq参数。每一个实际的中断在irq_desc数组中都有一项与它对应,它们的数目不止32.当asm_do_IRQ函数参数irq表示的是“一组”中断时,irq_desc[irq].handle_irq成员函数还需要先分辨出是哪一个中断,然后调用irq_desc[irqno].handle_irq来进一步处理。
以外部中断EINT8—EINT23为例,它们通常是边沿触发
(1) 它们被触发里,INTOFFSET寄存器中的值都是5,asm_do_IRQ函数中参数irq的值为(IRQ_EINTO+5),即IRQ_EINT8t23,
(2)irq_desc[IRQ_EINT8t23].handle_irq在前面init_IRQ函数初始化中断体系结构的时候被设为s3c_irq_demux_extint8.
(3)s3c_irq_demux_extint8函数的代码在arch/arm/plat-s3c24xx/irq.c中,它首先读取EINTPEND、EINTMASK寄存器,确定发生了哪些中断,重新计算它们的中断号,然后调用irq_desc数组项中的handle_irq成员函数
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(4)IRQ_EINT8--IRQ_EINT23这几个中断的处理函数入口,在init_IRQ函数初始化中断体系结构的时候已经被设置为handle_edge_irq函数,desc_handle_irq(irq,irq_desc+irq)就是调用这个函数,它在kernel/irq/chip.c中定义,它用来处理边沿触发的中断,
中断发生的次数统计
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响应中断,通常是清除当前中断使得可以接收下一个中断,对于IRQ_EINT8~IRQ_EINT23这几个中断,desc->chip在前面init_IRQ函数初始化中断体系结构的时候被设为s3c_irqext_chip.desc->chip->ack就是s3c_irqext_ack函数,(arch/armplat-s3c24xx/irq.c)它用来清除中断
handle_IRQ_event函数来逐个执行action链表中用户注册的中断处理函数,它在kernel/irq/handle.c中定义。
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用户注册的中断处理函数的参数为中断号irq,action->dev_id。后一个参数是通过request_irq函数注册中断时传入的dev_id参数,它由用户自己指定、自己使用,可以为空,当这个中断是“共享中断”时除外。
对于电平触发的中断,它们的irq_desc[irq].handle_irq通常是handle_level_irq函数。它也是在kernel/irq/chip.c中定义,其功能与上述handle_edge_irq函数相似,
对于handle_level_irq函数已经清除了中断,但是它只限于清除SoC内部的的信号,如果外设输入到SoC的中断信号仍然有效,这就会导致当前中断处理完成后,会误认为再次发生了中断,对于这种情况,需要用户注册的中断处理函数中清除中断,先清除外设的中断,然后再清除SoC内部的中断号。
中断的处理流程可以总结如下
(1)中断向量调用总入口函数asm_do_IRQ,传入根据中断号irq
(2)asm_do_IRQ函数根据中断号irq调用irq_desc[irq].handle_irq,它是这个中断的处理函数入口,对于电平触发的中断,这个入口函数通常为handle_level_irq,对于边沿触发的中断,这个入口通常为handle_edge_irq
(3)入口函数首先清除中断,入口函数是handle_level_irq时还要屏蔽中断
(4)逐个调用用户在irq_desc[irq].aciton链表中注册的中断处理函数
(5) 入口函数是handle_level_irq时还要重新开启中断
卸载中断处理函数这通过free_irq函数来实现,它与request_irq一样,也是在kernel/irq/mangage.c中定义。
它需要用到两个参数:irq和dev_id,它们与通过request_irq注册中断函数时使用的参数一样,使用中断号irq定位action链表,再使用dev_id在action链表中找到要卸载的表项。同一个中断的不同中断处理函数必须使用不同的dev_id来区分,在注册共享中断时参数dev_id必惟一。
free_irq函数的处理过程与request_irq函数相反
(1)根据中断号irq,dev_id从action链表中找到表项,将它移除
(2)如果它是惟一的表项,还要调用IRQ_DESC[IRQ].CHIP->SHUTDOWN 或IRQ_DESC[IRQ].CHIP->DISABLW来关闭中断。
在响应一个特定的中断的时候,内核会执行一个函数,该函数叫做中断处理程序(interrupt handler)或中断服务例程(interrupt service routine ,ISP).产生中断的每个设备都有一个相应的中断处理程序,中断处理程序通常不和特定的设备关联,而是和特定的中断关联的,也就是说,如果一个设备可以产生多种不同的中断,那么该就可以对应多个中断处理程序,相应的,该设备的驱动程序也就要准备多个这样的函数。在Linux内核中处理中断是分为上半部(top half),和下半部(bottom half)之分的。上半部只做有严格时限的工作,例如对接收到的中断进行应答或复位硬件,这些工作是在所有的中断被禁止的情况下完成的,能够被允许稍后完成的工作会推迟到下半部去。要想了解上半部和下半部的机制可以阅读一下《Linux内核设计与实现》
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