中斷控制器的驅(qū)動(dòng)解析（上）

這里主要分析 linux kernel 中 GIC v3 中斷控制器的代碼(drivers/irqchip/irq-gic-v3.c)。

設(shè)備樹(shù)

先來(lái)看下一個(gè)中斷控制器的設(shè)備樹(shù)信息：

gic: interrupt-controller@51a00000 {
compatible = "arm,gic-v3";
reg = <0x0 0x51a00000 0 0x10000>, /* GIC Dist */
<0x0 0x51b00000 0 0xC0000>, /* GICR */
<0x0 0x52000000 0 0x2000>, /* GICC */
<0x0 0x52010000 0 0x1000>, /* GICH */
<0x0 0x52020000 0 0x20000>; /* GICV */
#interrupt-cells = <3>;
interrupt-controller;
interrupts = <GIC_PPI 9
(GIC_CPU_MASK_SIMPLE(6) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>;
interrupt-parent = <&gic>;
};

• compatible：用于匹配GICv3驅(qū)動(dòng)
• reg ：GIC的物理基地址，分別對(duì)應(yīng)GICD,GICR,GICC…
• #interrupt-cells：這是一個(gè)中斷控制器節(jié)點(diǎn)的屬性。它聲明了該中斷控制器的中斷指示符(interrupts)中 cell 的個(gè)數(shù)
• interrupt-controller: 表示該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)中斷控制器
• interrupts：分別代表中斷類型，中斷號(hào)，中斷類型， PPI中斷親和， 保留字段

關(guān)于設(shè)備數(shù)的各個(gè)字段含義，詳細(xì)可以參考 Documentation/devicetree/bindings 下的對(duì)應(yīng)信息。

初始化

1. irq chip driver 的聲明：

IRQCHIP_DECLARE(gic_v3, "arm,gic-v3", gic_of_init);

定義 IRQCHIP_DECLARE 之后，相應(yīng)的內(nèi)容會(huì)保存到 __irqchip_of_table 里邊:

#define IRQCHIP_DECLARE(name, compat, fn) OF_DECLARE_2(irqchip, name, compat, fn)

#define OF_DECLARE_2(table, name, compat, fn)
_OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_2)

#define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)
static const struct of_device_id __of_table_##name
__used __section(__##table##_of_table)
= { .compatible = compat,
.data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn }

__irqchip_of_table 在鏈接腳本 vmlinux.lds 里，被放到了 __irqchip_begin 和 __irqchip_of_end 之間，該段用于存放中斷控制器信息：

#ifdef CONFIG_IRQCHIP
#define IRQCHIP_OF_MATCH_TABLE()
. = ALIGN(8);
VMLINUX_SYMBOL(__irqchip_begin) = .;
*(__irqchip_of_table)
*(__irqchip_of_end)
#endif

在內(nèi)核啟動(dòng)初始化中斷的函數(shù)中，of_irq_init 函數(shù)會(huì)去查找設(shè)備節(jié)點(diǎn)信息，該函數(shù)的傳入?yún)?shù)就是 __irqchip_of_table 段，由于 IRQCHIP_DECLARE 已經(jīng)將信息填充好了，of_irq_init 函數(shù)會(huì)根據(jù) “arm,gic-v3” 去查

找對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并獲取設(shè)備的信息。or_irq_init 函數(shù)中，最終會(huì)回調(diào) IRQCHIP_DECLARE 聲明的回調(diào)函數(shù)，也就是 gic_of_init，而這個(gè)函數(shù)就是 GIC 驅(qū)動(dòng)的初始化入口。

2. gic_of_init 流程：

static int __init gic_of_init(struct device_node *node, struct device_node *parent)
{
......
dist_base = of_iomap(node, 0); ------(1)
if (!dist_base) {
pr_err("%pOF: unable to map gic dist registersn", node);
return -ENXIO;
}

err = gic_validate_dist_version(dist_base); ------(2)
if (err) {
pr_err("%pOF: no distributor detected, giving upn", node);
goto out_unmap_dist;
}

if (of_property_read_u32(node, "#redistributor-regions", &nr_redist_regions)) ------(3)
nr_redist_regions = 1;

rdist_regs = kzalloc(sizeof(*rdist_regs) * nr_redist_regions, GFP_KERNEL);
if (!rdist_regs) {
err = -ENOMEM;
goto out_unmap_dist;
}

for (i = 0; i < nr_redist_regions; i++) { ------(4)
struct resource res;
int ret;

ret = of_address_to_resource(node, 1 + i, &res);
rdist_regs[i].redist_base = of_iomap(node, 1 + i);
if (ret || !rdist_regs[i].redist_base) {
pr_err("%pOF: couldn't map region %dn", node, i);
err = -ENODEV;
goto out_unmap_rdist;
}
rdist_regs[i].phys_base = res.start;
}

if (of_property_read_u64(node, "redistributor-stride", &redist_stride)) ------(5)
redist_stride = 0;

err = gic_init_bases(dist_base, rdist_regs, nr_redist_regions, ------(6)
redist_stride, &node->fwnode);
if (err)
goto out_unmap_rdist;

gic_populate_ppi_partitions(node); ------(7)
gic_of_setup_kvm_info(node);
return 0;
......
return err;
}

1. 映射 GICD 的寄存器地址空間。
2. 驗(yàn)證 GICD 的版本是 GICv3 還是 GICv4（主要通過(guò)讀GICD_PIDR2寄存器bit[7:4]. 0x1代表GICv1， 0x2代表GICv2…以此類推）。
3. 通過(guò) DTS 讀取 redistributor-regions 的值。
4. 為一個(gè) GICR 域分配基地址。
5. 通過(guò) DTS 讀取 redistributor-stride 的值。
6. 下面詳細(xì)介紹。
7. 設(shè)置一組 PPI 的親和性。

static int __init gic_init_bases(void __iomem *dist_base,
struct redist_region *rdist_regs,
u32 nr_redist_regions,
u64 redist_stride,
struct fwnode_handle *handle)
{
......
typer = readl_relaxed(gic_data.dist_base + GICD_TYPER); ------(1)
gic_data.rdists.id_bits = GICD_TYPER_ID_BITS(typer);
gic_irqs = GICD_TYPER_IRQS(typer);
if (gic_irqs > 1020)
gic_irqs = 1020;
gic_data.irq_nr = gic_irqs;

gic_data.domain = irq_domain_create_tree(handle, &gic_irq_domain_ops, ------(2)
&gic_data);
gic_data.rdists.rdist = alloc_percpu(typeof(*gic_data.rdists.rdist));
gic_data.rdists.has_vlpis = true;
gic_data.rdists.has_direct_lpi = true;
......
set_handle_irq(gic_handle_irq); ------(3)

gic_update_vlpi_properties(); ------(4)

if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM_GIC_V3_ITS) && gic_dist_supports_lpis())
its_init(handle, &gic_data.rdists, gic_data.domain); ------(5)

gic_smp_init(); ------(6)
gic_dist_init(); ------(7)
gic_cpu_init(); ------(8)
gic_cpu_pm_init(); ------(9)

return 0;
......
}

1. 確認(rèn)支持 SPI 中斷號(hào)最大的值為多少。
2. 向系統(tǒng)中注冊(cè)一個(gè) irq domain 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，irq_domain主要作用是將硬件中斷號(hào)映射到IRQ number，后面會(huì)做詳細(xì)的介紹。
3. 設(shè)定 arch 相關(guān)的 irq handler。gic_irq_handle 是內(nèi)核 gic 中斷處理的入口函數(shù)，后面會(huì)做詳細(xì)的介紹。
4. gic 虛擬化相關(guān)的內(nèi)容。
5. 初始化 ITS。
6. 設(shè)置 SMP 核間交互的回調(diào)函數(shù)，用于 IPI，回到函數(shù)為 gic_raise_softir。
7. 初始化 Distributor。
8. 初始化 CPU interface。
9. 初始化 GIC 電源管理。

中斷映射

當(dāng)早期的系統(tǒng)只存在一個(gè)中斷控制器，而且中斷數(shù)目也不多的時(shí)候，一個(gè)很簡(jiǎn)單的做法就是一個(gè)中斷號(hào)對(duì)應(yīng)到中斷控制器的一個(gè)號(hào)，可以說(shuō)是簡(jiǎn)單的線性映射：

但當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)中斷控制器，而且中斷號(hào)也逐漸增加的時(shí)候。linux 內(nèi)核為了應(yīng)對(duì)此問(wèn)題，引入了 irq_domain 的概念。

irq_domain 的引入相當(dāng)于一個(gè)中斷控制器就是一個(gè) irq_domain。這樣一來(lái)所有的中斷控制器就會(huì)出現(xiàn)級(jí)聯(lián)的布局。利用樹(shù)狀的結(jié)構(gòu)可以充分的利用 irq 數(shù)目，而且每一個(gè) irq_domain 區(qū)域可以自己去管理自己 interrupt 的特性。

每一個(gè)中斷控制器對(duì)應(yīng)多個(gè)中斷號(hào)， 而硬件中斷號(hào)在不同的中斷控制器上是會(huì)重復(fù)編碼的， 這時(shí)僅僅用硬中斷號(hào)已經(jīng)不能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)外設(shè)中斷，因此 linux kernel 提供了一個(gè)虛擬中斷號(hào)的概念。

接下來(lái)我們看下硬件中斷號(hào)是如何映射到虛擬中斷號(hào)的。