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Linux驱动学习day22(interrupt子系统)

news 2025/7/12 8:39:16

一、中断和异常的概念

中断属于一种异常。

二、ARM对异常(中断)的处理流程

1、初始化中断：a. 设置中断源，让它可以产生中断。b. 设置中断控制器(屏蔽、优先级)。c. 设置CPU总开关(使能中断)。

2、执行程序。

3、产生中断(按下按键-->中断控制器-->cpu，cpu每执行完一段指令都会检查有无异常产生-->有异常开始处理，对于不同的异常cpu会跳去不同的地址执行程序(这些地址上只是一条跳转指令，跳去执行其他指令)(这些地址是一块的，叫做异常向量))

3、跳转到的函数处理中断：保存现场(各种寄存器)，分辨中断，处理异常(中断)，恢复现场。

2.1 中断处理流程图

2.2 进程、线程、中断的核心是栈

ARM芯片属于精简指令集计算机(RISC:ReducedInstructionSetComputing)，它所用的指令比较简单，有如下特点：
①对内存只有读、写指令
②对于数据的运算是在CPU内部实现
③使用RISC指令的CPU复杂度小一点，易于设计

很多内容与之前的(博客重复了，Linux驱动学习day9(异常与中断处理)-CSDN博客），这里不再赘述。只记录新内容。

2.3 设备树中使用中断号

2.4 设备树中指定中断控制器

三、GIC介绍分析

ARM体系结构定义了通用中断控制器（GIC），该控制器包括一组用于管理单核或多核系统中的中断的硬件资源。GIC提供了内存映射寄存器，可用于管理中断源和行为，以及（在多核系统中）用于将中断路由到各个CPU核。它使软件能够屏蔽，启用和禁用来自各个中断源的中断，以（在硬件中）对各个中断源进行优先级排序和生成软件触发中断。它还提供对TrustZone安全性扩展的支持。GIC接受系统级别中断的产生，并可以发信号通知给它所连接的每个内核，从而有可能导致IRQ或FIQ异常发生。

3.1 GIC主要功能和模块

distributor(分发器)：各种中断发送到GIC中，由 distributor判断优先级最高的中断发送到CPU interface中再发给CPU。CPU之间的通信也要经过该模块，CPU0发出SGI(软件产生的中断)信号，由GIC发送给另一个CPU。

GIC可以处理多种中断，比如PPI各个GPU自己私有的外部设备中断，SGI软件产生的中断(用于CPU之间的通信)，SPI共享外部设备发出的中断(可以到达任意CPU)。GIC给每个中断分配了各个中断号，SPI范围是32-1019等等。

3.2 中断的状态

① 非活动状态(Inactive)-这意味着该中断未触发。

② 挂起(Pending)-这意味着中断源已被触发，但正在等待CPU核处理。待处理的中断要通过转发到CPU接口单元，然后再由CPU接口单元转发到内核。

③ 活动(Active)-描述了一个已被内核接收并正在处理的中断。

④ 活动和挂起(Active and pending)-描述了一种情况，其中CPU核正在为中断服务，而GIC又收到来自同一源的中断。

中断的优先级和可接收中断的核都在分发器(distributor)中配置。外设发给分发器的中断将标记为pending状态（或ActiveandPending状态，如触发时果状态是active)。distributor确定可以传递给CPU核的优先级最高的pending中断，并将其转发给内核的CPU interface。通过CPUinterface，该中断又向CPU核发出信号，此时CPU核将触发FIQ或IRQ异常。
作为响应，CPU核执行异常处理程序。异常处理程序必须从CPUinterface寄存器查询中断ID，并开始为中断源提供服务。完成后，处理程序必须写入CPUinterface寄存器以报告处理结束。然后CPUinterface准备转发distributor发给它的下一个中断。在处理中断时，中断的状态开始pending，active，结束时变成inactive。中断状态保存在distributor寄存器中。

3.3 中断发生和处理过程

3.4 异常向量表初始化和映射

3.5 GIC驱动程序对中断的处理流程

3.5.1 老版本内核

3.5.2 新版本内核

3.5.2.1 一级中断处理流程

在新版本内核中，不像老的版本内核，对于虚拟中断号是用到时分配，比如说GIC32硬件中断号上挂了一个UART模块，当uart产生中断，会去寻找没有使用的irq_desc，如下图所示16号是空的，所以16号irq被注册成uart中断，建立hwirq和virirq的映射关系(32 , 16)保存到GIC 中的irq_domain中。当32号产生中断由GIC发送给CPU，CPU会来读GIC的寄存器确定是哪一个中断号产生的中断，读寄存器发现是32号产生的中断于是去irq_domain找到映射关系找到irq_desc虚拟中断号的结构体，调用GIC_handle函数屏蔽其他中断，调用该函数提供的中断处理函数，之后清除中断。

3.5.2.2 二级中断处理流程

当在33号硬件中断下挂有GPIO模块，系统会在irq_desc数组中找到空的irq_desc存放这个GPIO中断的结构体，并将虚拟中断号和硬件中断号的联系放入GIC irq_domain中，由于GPIO模块中含有4个引脚，因此也会为4个引脚设置vir中断号，并记录在GPIO irq_domain(GPIO模块也是一个中断控制器)中。

按键2产生了中断，会有GPIO发送给GIC然后GIC发送给CPU，CPU跳到异常向量表中的irq指令，去读取GIC的寄存器，发现是33号硬件中断，找到domain中虚拟中断和硬件中断的关系，发现是17号虚拟中断，于是执行17号irq_desc中的handle函数，该函数去屏蔽33号硬件中断，读取GPIO控制器中的寄存器，发现是2号硬件中断，从 GPIO irq_domain找到其虚拟中断号，调用102个irq_disc函数中的handle函数(屏蔽中断，执行funckey函数，清除中断)，最后清除中断。