【首先来区分一下两个概念:中断(Interrupt)和异常(Exception)。中断属于异常的一种,就拿2440开发板来说,他有60多种中断源,例如来自DMA控制器、UART、IIC和外部中断等。2440有一个专门的中断控制器来处理这些中断,中断控制器在接收到这些中断信号之后就需要ARM920T进入IRQ或FIQ模式进行处理,这两种模式也是中断异常的仅有模式。而异常的概念要广的多,它包括复位、未定义指令、软中断、IRQ等等。还有一点知识就是,中断这种异常在响应之前到来之前是需要程序员进行什么优先级、是否要屏蔽信号之类的初始化的,而其他比如未定义指令是不用的,只要发生了就跳到异常向量入口取址执行。因此下面初始化内容中的第(2)点是针对中断这种异常的设置的】
一、初始化设置:
(1)异常向量相关的设置:start_kernel()-->setup_arch()-->early_trap_init()函数来担任这个任务。在arch/arm/kernel/traps.c文件件中定义:这个函数很有分量,值得细细分析!!!

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
void __init early_trap_init(void)
{
unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;
extern char __stubs_start[], __stubs_end[];
extern char __vectors_start[], __vectors_end[];
extern char __kuser_helper_start[], __kuser_helper_end[];
int kuser_sz = __kuser_helper_end - __kuser_helper_start;

/*
* 看下面这段英文注释,代码就一目了然了,就是把异常向量表、

*和异常处理那部分代码复制到指定的地址处
* Copy the vectors, stubs and kuser helpers (in entry-armv.S)
* into the vector page, mapped at 0xffff0000, and ensure these
* are visible to the instruction stream.
*/
memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);
memcpy((void *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start);
memcpy((void *)vectors + 0x1000 - kuser_sz, __kuser_helper_start, kuser_sz);

/*
* Copy signal return handlers into the vector page, and
* set sigreturn to be a pointer to these.
*/
memcpy((void *)KERN_SIGRETURN_CODE, sigreturn_codes,
sizeof(sigreturn_codes));

flush_icache_range(vectors, vectors + PAGE_SIZE);
modify_domain(DOMAIN_USER, DOMAIN_CLIENT);
}



详细函数分析:
将异常向量表复制到vectors地址处,vectors在函数的第一句就被赋值为“CONFIG_VECTORS_BASE”,经验告诉我们它是个内核编译配置项,去内核的顶层目录里边的“.config”文件搜索就出来,果然就有“CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000”这么一句话。
好,同样问题就来了,我们之前了解过的中断向量是放到0x00000000地址开始处,把中断向量放到0xffff0000 异常触发时cpu还能自动找到?答案是能!
在ARM920T的使用手册里边有涉及相关的内容:协处理控制寄存器CP15的C1寄存器的第[13]位就是用来设置异常向量的存放位置的,该位为0存放到0x0000000开始处,为1存放到0xffff0000开始处。
到这里Linux内核异常向量设置的工作就算是完成了。可是想想:设置完这些异常向量之后,异常发生了,CPU是怎么一个处理过程???接着往下分析
Linux内核处理异常主要流程
继续分析就得从异常向量表来开始入手,__vectors_start和__vectors_end在arch/arm/kernel/entry-armv.S文件中有定义。他们就是内核异常向量表的起始和结束地址。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
........
.globl __vectors_start
__vectors_start:
swi SYS_ERROR0 ;arm在复位异常发生时来这里执行
b vector_und + stubs_offset
ldr pc, .LCvswi + stubs_offset
b vector_pabt + stubs_offset
b vector_dabt + stubs_offset
b vector_addrexcptn + stubs_offset
b vector_irq + stubs_offset
b vector_fiq + stubs_offset

.globl __vectors_end
........



下面以第一个调转指令“b vector_und + stubs_offset”的分析为例,发现怎么在源码里面都找不到vector_und这个东东,各种查资料之后发现特么是个汇编宏定义,先熟悉一下汇编宏定义规则。
.macro MACRO_NAME PARA1 PARA2 ......
......内容......
.endm
同样在这个文件中找到了vector_stub这个宏:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
.macro vector_stub, name, mode, correction=0
.align 5 @将异常入口强制进行2^5字节对齐,即一个cache line大小对齐,出于性能考虑
vector_\name:
.if \correction @correction=0 所以分支无效
sub lr, lr, #\correction
.endif
.endif
...........
movs pc, lr @ branch to handler in SVC mode
ENDPROC(vector_\name)
.endm



以宏“vector_stub und, UND_MODE”为例将其展开为:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
vector_und:
@
@ 此时已进入UND_MOD,lr=上一个模式被打断时的PC值,下面三条指令是保护上个模式的现场
@
stmia sp, {r0, lr} @ save r0, lr
mrs lr, spsr @ 准备保存上个模式的cpsr值,因为他被放到了UND_MODE的spsr中
str lr, [sp, #8] @ save spsr to stack
@
@ Prepare for SVC32 mode. IRQs remain disabled. 注意前面的“Prepare”,这里还不是真正切换到SVC,只是准备!!不要紧张
@
mrs r0, cpsr @ r0=0x1b (UND_MODE)
eor r0, r0, #(\mode ^ SVC_MODE) @ 逻辑异或指令
msr spsr_cxsf, r0 @ cxsf是spsr寄存器的控制域(C)、扩展域(X)、状态域(S)、标志域(F),注意这里的spsr是UND管理模式的
@
@ the branch table must immediately follow this code 下一级跳转表必须要紧跟在这一段代码之后(这一点很重要)
@
and lr, lr, #0x0f @ 执行这条指令之前:lr = 上个模式的cpsr值,现在取出其低四位--模式控制位的[4:0],关键点又来了:查看2440芯片手册可以知道,这低4位二进制值为十进制数值的 0-->User_Mode; 1-->Fiq_Mode; 2-->Irq_Mode; 3-->SVC_Mode; 7-->Abort_Mode; 11-->UND_Mode,明白了这些下面的处理就会恍然大悟,原来找到那些异常处理分支是依赖这4位的值来实现的
mov r0, sp @ 将SP值保存到R0是为了之后切换到SVC模式时将这个模式下堆栈中的信息转而保存到SVC模式下的堆栈中
ldr lr, [pc, lr, lsl #2] @ 我第一次遇到LDR的这种用法,找了一下LDR的资料发现是这个意思:将pc+lr*4的计算结果重新保存到lr中,我们知道pc是指向当前指令的下两条指令处的地址的,也就是指向了“.long __und_usr”
movs pc, lr @ branch to handler in SVC mode 前方高能!关键的地方来了!在跳转到第二级分支的同时CPU的工作模式从UND_MODE强制切换到SVC_MODE,这是由于MOVS指令在赋值的同时会将spsr的值赋给cpsr
ENDPROC(vector_und)
.long __und_usr @ 0 (USR_26 / USR_32)运行用户模式下触发未定义指令异常
.long __und_invalid @ 1 (FIQ_26 / FIQ_32)
.long __und_invalid @ 2 (IRQ_26 / IRQ_32)
.long __und_svc @ 3 (SVC_26 / SVC_32)运行用户模式下触发未定义指令异常
.long __und_invalid @ 4 其他模式下面不能发生未定义指令异常,否则都使用__und_invalid分支处理这种异常
.long __und_invalid @ 5
.long __und_invalid @ 6
.long __und_invalid @ 7
.long __und_invalid @ 8
.long __und_invalid @ 9
.long __und_invalid @ a
.long __und_invalid @ b
.long __und_invalid @ c
.long __und_invalid @ d
.long __und_invalid @ e
.long __und_invalid @ f



【附加注释:在arch\arm\include\asm\ptrace.h中有:
#define SVC_MODE 0x00000013

#define UND_MODE 0x0000001b
Linux的中断管理的设计思路都是这样的:异常事件触发,cpu自动跳到异常向量表处执行,同时也切换到对应的模式,但是随后立即有段代码强制让cpu切换到SVC管理模式进行异常处理,当然有一点值得一说,reset异常是进入用户模式的,此时的异常向量存放的是swi指令,swi指令是进入svc管理模式的(也叫内核模式)结果可想而知,也是进入管理模式。如此一来,内核管理异常就方便多了,从宏观的角度来看,cpu绝大部分时间是停留在user和svc模式的,要不就是user模式下正常工作,要不就是svc模式下异常处理,那段切换的时间完全被忽略。也就是说可以看做内核要不就是在user模式下要不就是在svc模式下被其他各种异常中断打断。
执行到“movs pc, lr”这一句,找到了branch table中的一项,现在我们继续往下分析,假设进入UND_MODE之前是User模式,那么接下来会到__und_usr分支去继续执行
__und_usr标号也是在该文件中定义,代码如下:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
__und_usr:
usr_entry @搜一下发现这是一个宏定义,先猜测一下功能是:将usr模式下的寄存器、中断返回地址保存到堆栈中。可以说是接管UND_MODE下保存的信息和未保存信息
@
@ fall through to the emulation code, which returns using r9 if
@ it has emulated the instruction, or the more conventional lr
@ if we are to treat this as a real undefined instruction
@
@ r0 - instruction
@
adr r9, ret_from_exception
adr lr, __und_usr_unknown
tst r3, #PSR_T_BIT @ Thumb mode?
subeq r4, r2, #4 @ ARM instr at LR - 4
subne r4, r2, #2 @ Thumb instr at LR - 2
1: ldreqt r0, [r4]
beq call_fpe
@ Thumb instruction
#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 7
2: ldrht r5, [r4], #2
and r0, r5, #0xf800 @ mask bits 111x x... .... ....
cmp r0, #0xe800 @ 32bit instruction if xx != 0
blo __und_usr_unknown @blo小于跳转指令。找到真正异常处理函数入口
3: ldrht r0, [r4]
add r2, r2, #2 @ r2 is PC + 2, make it PC + 4
orr r0, r0, r5, lsl #16
#else
b __und_usr_unknown
#endif
UNWIND(.fnend)
ENDPROC(__und_usr)



usr_entry宏内容:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
.macro usr_entry
UNWIND(.fnstart )
UNWIND(.cantunwind )
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE @ 通过查找和计算S_FRAME_SIZE=4*18=72
stmib sp, {r1 - r12} @ 从开始的Usr_MODE到UND_MODE,再到现在的SVC_MODE,程序中都没有去操作通用寄存器中的R1-R12,因此可以直接将他们入栈。接下来就可以随便使用这些寄存器了。

ldmia r0, {r1 - r3} @ 之前已将UND_MODE下栈顶指针保存到R0,出栈后r1=Usr_r0,r2=Usr_lr,r3=Usr_cpsr
add r0, sp, #S_PC @ here for interlock avoidance 从这往下一小部分代码尚未消化
mov r4, #-1
str r1, [sp] @ save the "real" r0 copied
@ from the exception stack

@
@ We are now ready to fill in the remaining blanks on the stack:
@
@ r2 - lr_<exception>, already fixed up for correct return/restart
@ r3 - spsr_<exception>
@ r4 - orig_r0 (see pt_regs definition in ptrace.h)
@
@ Also, separately save sp_usr and lr_usr
@
stmia r0, {r2 - r4}
stmdb r0, {sp, lr}^

@
@ Enable the alignment trap while in kernel mode
@
alignment_trap r0

@
@ Clear FP to mark the first stack frame
@
zero_fp
.endm



__und_usr_unknown也是在这个文件中定义:
1
2
3
4
5
6
__und_usr_unknown:
enable_irq
mov r0, sp
adr lr, ret_from_exception @ 这里就是异常中断的返回,先将返回前处理的处理函数的地址给lr寄存器,下面调用完C函数之后直接就可以返回
b do_undefinstr @ 最终调用C函数进行复杂的处理 在arch/arm/kernel/traps.c中
ENDPROC(__und_usr_unknown)



小结一下Linux异常处理流程:
异常发生前工作状态,到异常发生,去异常向量表找到入口地址,(这算异常发生之后跳转到第一个处理分支),进入异常模式,保护部分现场,强制进入SVC管理模式,根据异常发生前的工作模式找到异常处理的第二级分支,在该模式下面接过异常模式堆栈中的信息,接着保存异常发生时异常模式还未保存的信息,准备好处理完毕返回处理程序的地址,调用异常处理函数。
(2)中断相关初始化:init_IRQ()函数来完成,他直接由srart_kernel()函数来调用。定义于arch/arm/kernel/irq.c,

1.中断处理的体系结构
我们知道编写设备驱动程序一定要用到中断处理函数,这在驱动程序的编写中,占据很重要的一部分。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》的第七章的内容。
Linux内核将所有的中断统一编号,使用一个irq_desc结构数组来描述这些中断;每个数组项对应一个中断,也可能是一组中断,它们共用相同的中断号,里面记录了中断的名称、中断状态、中断标记(比如中断类型、是否共享中断等),并提供了中断的低层硬件访问函数(清除、屏蔽、使能中断),提供了这个中断的处理函数入口,通过它可以调用用户注册的中断处理函数。
通过irq_desc结构数组就可以了解中断处理体系结构,irq_desc结构的数据类型include/linux/irq.h
中定义,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
struct irq_desc {
unsigned int irq;
struct timer_rand_state *timer_rand_state;
unsigned int *kstat_irqs;
#ifdef CONFIG_INTR_REMAP
struct irq_2_iommu *irq_2_iommu;
#endif
irq_flow_handler_t handle_irq; // 当前中断的处理函数入口

struct irq_chip *chip; //低层的硬件访问

struct msi_desc *msi_desc;
void *handler_data;
void *chip_data;
struct irqaction *action; // 用户提供的中断处理函数链表

unsigned int status; //IRQ状态
........

const char *name; //中断的名称

} ____cacheline_internodealigned_in_smp;




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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
struct irq_chip {
const char *name;
unsigned int (*startup)(unsigned int irq);//启动中断,如果不设置,缺省为“enable
void (*shutdown)(unsigned int irq);/*关闭中断,如果不设置,缺省为"disable"*/
void (*enable)(unsigned int irq);// 使用中断,如果不设置,缺省为"unmask"
void (*disable)(unsigned int irq);//禁止中断,如果不设置,缺省为“mask”
void (*ack)(unsigned int irq);/*响应中断,通常是清除当前中断使得可以接收下一个中断*/
void (*mask)(unsigned int irq); //屏蔽中断源

void (*mask_ack)(unsigned int irq);//屏蔽和响应中断

void (*unmask)(unsigned int irq);//开启中断源

void (*eoi)(unsigned int irq);
........
const char *typename;
};



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
处理函数用一个irqaction结构来表示,一个中断比如共享中断可以有多个处理函数,它们的irqaction结
构链接成一个链表,以action为表头。irqation结构定义如下:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
struct irqaction {
irq_handler_t handler; //用户注册的中断处理函数
unsigned long flags; //中断标志,比如是否共享中断,电平触发还是边沿触发
const char *name; //用户注册的中断名字
void *dev_id; //用户传给上面的handler的参数,还可以用来区分共享中断
struct irqaction *next; //指向下一个用户注册函数的指针
int irq; //中断号
struct proc_dir_entry *dir;
irq_handler_t thread_fn;
struct task_struct *thread;
unsigned long thread_flags;
};



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:
Linxu中断处理体系结构关系图

中断处理流程如下
(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。
2.中断处理体系结构的初始化
init_IRQ函数被用来初始化中断处理体系结构,代码在arch/arm/kernel/irq.c中
1
2
3
4
5
6
7
8
9
void __init init_IRQ(void)
{
int irq;

for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++)
irq_desc[irq].status |= IRQ_NOREQUEST | IRQ_NOPROBE;

init_arch_irq();
}



5~~6行 初始化irq_desc结构数组中每一项的中断状态
第8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:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
void __init s3c24xx_init_irq(void)
{
unsigned long pend;
unsigned long last;
int irqno;
int i;
........
for (irqno = IRQ_EINT4; irqno <= IRQ_EINT23; irqno++) {
irqdbf("registering irq %d (extended s3c irq)\n", irqno);
set_irq_chip(irqno, &s3c_irqext_chip);
set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq);
set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID);

...............
for (irqno = IRQ_S3CUART_RX1; irqno <= IRQ_S3CUART_ERR1; irqno++) {
irqdbf("registering irq %d (s3c uart1 irq)\n", irqno);
set_irq_chip(irqno, &s3c_irq_uart1);
set_irq_handler(irqno, handle_level_irq);
set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID);
}
/* setup the cascade irq handlers */

set_irq_chained_handler(IRQ_EINT4t7, s3c_irq_demux_extint4t7);
set_irq_chained_handler(IRQ_EINT8t23, s3c_irq_demux_extint8);

set_irq_chained_handler(IRQ_UART0, s3c_irq_demux_uart0);
set_irq_chained_handler(IRQ_UART1, s3c_irq_demux_uart1);
set_irq_chained_handler(IRQ_UART2, s3c_irq_demux_uart2);
set_irq_chained_handler(IRQ_ADCPARENT, s3c_irq_demux_adc);

..........
irqdbf("s3c2410: registered interrupt handlers\n");
}



在10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11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12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
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,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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS
extern int __must_check
request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn,
unsigned long flags, const char *name, void *dev);

static inline int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev)
{
return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
}
extern void exit_irq_thread(void);
#else
extern int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev);
static inline int __must_check
request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn,
unsigned long flags, const char *name, void *dev)
{
return request_irq(irq, handler, flags, name, dev);
}

static inline void exit_irq_thread(void) { }
#endif



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,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
const char *devname, void *dev_id)
.............
action->handler = handler;
action->thread_fn = thread_fn;
action->flags = irqflags;
action->name = devname;
action->dev_id = dev_id;

chip_bus_lock(irq, desc);
local_irq_restore(flags);
enable_irq(irq);
...........
return retval;
}
EXPORT_SYMBOL(request_threaded_irq);



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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
void irq_chip_set_defaults(struct irq_chip *chip)
{
if (!chip->enable)
chip->enable = default_enable;//调用chip->unmask
if (!chip->disable)
chip->disable = default_disable;//此函数为空
if (!chip->startup)
chip->startup = default_startup;//调用chip->enable
if (!chip->shutdown)
chip->shutdown = chip->disable != default_disable ?
chip->disable : default_shutdown;
if (!chip->name)
chip->name = chip->typename;
if (!chip->end)
chip->end = dummy_irq_chip.end;
}



(3)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
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,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)
{
struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);
struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;

/*
* Some hardware gives randomly wrong interrupts. Rather
* than crashing, do something sensible.
*/
if (irq >= NR_IRQS)
desc = &bad_irq_desc;

irq_enter();

desc_handle_irq(irq, desc);

/* AT91 specific workaround */
irq_finish(irq);

irq_exit();
set_irq_regs(old_regs);
}



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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
static void s3c_irq_demux_extint8(unsigned int irq,
struct irq_desc *desc)
{
unsigned long eintpnd = __raw_readl(S3C24XX_EINTPEND);
unsigned long eintmsk = __raw_readl(S3C24XX_EINTMASK);

eintpnd &= ~eintmsk;
eintpnd &= ~0xff; /* ignore lower irqs */

/* we may as well handle all the pending IRQs here */

while (eintpnd) {
irq = __ffs(eintpnd);
eintpnd &= ~(1<<irq);

irq += (IRQ_EINT4 - 4);
desc_handle_irq(irq, irq_desc + irq);
}

}



(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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
void fastcall handle_edge_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
{
const unsigned int cpu = smp_processor_id();

spin_lock(&desc->lock);

desc->status &= ~(IRQ_REPLAY | IRQ_WAITING);

/*
* If we're currently running this IRQ, or its disabled,
* we shouldn't process the IRQ. Mark it pending, handle
* the necessary masking and go out
*/
if (unlikely((desc->status & (IRQ_INPROGRESS | IRQ_DISABLED)) ||
!desc->action)) {
desc->status |= (IRQ_PENDING | IRQ_MASKED);
mask_ack_irq(desc, irq);
goto out_unlock;
}

kstat_cpu(cpu).irqs[irq]++;

/* Start handling the irq */
desc->chip->ack(irq);

/* Mark the IRQ currently in progress.*/
desc->status |= IRQ_INPROGRESS;

do {
struct irqaction *action = desc->action;
irqreturn_t action_ret;

if (unlikely(!action)) {
desc->chip->mask(irq);
goto out_unlock;
}

/*
* When another irq arrived while we were handling
* one, we could have masked the irq.
* Renable it, if it was not disabled in meantime.
*/
if (unlikely((desc->status &
(IRQ_PENDING | IRQ_MASKED | IRQ_DISABLED)) ==
(IRQ_PENDING | IRQ_MASKED))) {
desc->chip->unmask(irq);
desc->status &= ~IRQ_MASKED;
}

desc->status &= ~IRQ_PENDING;
spin_unlock(&desc->lock);
action_ret = handle_IRQ_event(irq, action);
if (!noirqdebug)
note_interrupt(irq, desc, action_ret);
spin_lock(&desc->lock);

} while ((desc->status & (IRQ_PENDING | IRQ_DISABLED)) == IRQ_PENDING);

desc->status &= ~IRQ_INPROGRESS;
out_unlock:
spin_unlock(&desc->lock);
}



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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct irqaction *action)
{
irqreturn_t ret, retval = IRQ_NONE;
unsigned int status = 0;

handle_dynamic_tick(action);

if (!(action->flags & IRQF_DISABLED))
local_irq_enable_in_hardirq();

do {
ret = action->handler(irq, action->dev_id);
if (ret == IRQ_HANDLED)
status |= action->flags;
retval |= ret;
action = action->next;
} while (action);

if (status & IRQF_SAMPLE_RANDOM)
add_interrupt_randomness(irq);
local_irq_disable();

return retval;
}



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。