这里主要分析 linux kernel 中 GIC v3 中断控制器的代码(
drivers/irqchip/irq-gic-v3.c)。
设备树
先来看下一个中断控制器的设备树信息：
gic: interrupt-controller@51a00000 {
compatible = "arm,gic-v3";
reg = <0x00x51a0000000x10000>, /* GIC Dist */
<0x00x51b0000000xC0000>, /* GICR */
<0x00x5200000000x2000>, /* GICC */
<0x00x5201000000x1000>, /* GICH */
<0x00x5202000000x20000>; /* 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驱动
- reg ：GIC的物理基地址，分别对应GICD,GICR,GICC…
- #interrupt-cells：这是一个中断控制器节点的属性。它声明了该中断控制器的中断指示符(interrupts)中 cell 的个数
- interrupt-controller: 表示该节点是一个中断控制器
- interrupts：分别代表中断类型，中断号，中断类型， PPI中断亲和， 保留字段
关于设备数的各个字段含义，详细可以参考
Documentation/devicetree/bindings 下的对应信息。
初始化
1. irq chip driver 的声明：
IRQCHIP_DECLARE(gic_v3, "arm,gic-v3", gic_of_init);
定义 IRQCHIP_DECLARE 之后，相应的内容会保存到 __irqchip_of_table 里边:
#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) \
staticconststructof_device_id __of_table_##name \
__used __section(__##table##_of_table) \
= { .compatible = compat, \
.data = (fn == (fn_type)) ? fn : fn }
__irqchip_of_table 在链接脚本 vmlinux.lds 里，被放到了 __irqchip_begin 和 __irqchip_of_end 之间，该段用于存放中断控制器信息：
#ifdef CONFIG_IRQCHIP
#define IRQCHIP_OF_MATCH_TABLE() \
. = ALIGN(8); \
VMLINUX_SYMBOL(__irqchip_begin) = .; \
*(__irqchip_of_table) \
*(__irqchip_of_end)
#endif
在内核启动初始化中断的函数中，of_irq_init 函数会去查找设备节点信息，该函数的传入参数就是 __irqchip_of_table 段，由于 IRQCHIP_DECLARE 已经将信息填充好了，of_irq_init 函数会根据 “arm,gic-v3” 去查找对应的设备节点，并获取设备的信息。or_irq_init 函数中，最终会回调 IRQCHIP_DECLARE 声明的回调函数，也就是 gic_of_init，而这个函数就是 GIC 驱动的初始化入口。
2. gic_of_init 流程：
staticint __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 registers\n", node);
return -ENXIO;
}
err = gic_validate_dist_version(dist_base); ------(2)
if (err) {
pr_err("%pOF: no distributor detected, giving up\n", 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)
structresourceres;
int ret;
ret = of_address_to_resource(node, 1 + i, &res);
rdist_regs.redist_base = of_iomap(node, 1 + i);
if (ret || !rdist_regs.redist_base) {
pr_err("%pOF: couldn't map region %d\n", node, i);
err = -ENODEV;
goto out_unmap_rdist;
}
rdist_regs.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);
return0;
......
return err;
}
- 映射 GICD 的寄存器地址空间。
- 验证 GICD 的版本是 GICv3 还是 GICv4（主要通过读GICD_PIDR2寄存器bit[7:4]. 0x1代表GICv1， 0x2代表GICv2…以此类推）。
- 通过 DTS 读取 redistributor-regions 的值。
- 为一个 GICR 域分配基地址。
- 通过 DTS 读取 redistributor-stride 的值。
- 下面详细介绍。
- 设置一组 PPI 的亲和性。
staticint __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)
return0;
......
}
- 确认支持 SPI 中断号最大的值为多少。
- 向系统中注册一个 irq domain 的数据结构，irq_domain主要作用是将硬件中断号映射到IRQ number，后面会做详细的介绍。
- 设定 arch 相关的 irq handler。gic_irq_handle 是内核 gic 中断处理的入口函数，后面会做详细的介绍。
- gic 虚拟化相关的内容。
- 初始化 ITS。
- 设置 SMP 核间交互的回调函数，用于 IPI，回到函数为 gic_raise_softir。
- 初始化 Distributor。
- 初始化 CPU interface。
- 初始化 GIC 电源管理。
中断映射
当早期的系统只存在一个中断控制器，而且中断数目也不多的时候，一个很简单的做法就是一个中断号对应到中断控制器的一个号，可以说是简单的线性映射：
但当一个系统中有多个中断控制器，而且中断号也逐渐增加的时候。linux 内核为了应对此问题，引入了 irq_domain 的概念。
irq_domain 的引入相当于一个中断控制器就是一个 irq_domain。这样一来所有的中断控制器就会出现级联的布局。利用树状的结构可以充分的利用 irq 数目，而且每一个 irq_domain 区域可以自己去管理自己 interrupt 的特性。
每一个中断控制器对应多个中断号， 而硬件中断号在不同的中断控制器上是会重复编码的， 这时仅仅用硬中断号已经不能唯一标识一个外设中断，因此 linux kernel 提供了一个虚拟中断号的概念。
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