Linux 中断学习（1）

前提基于 linux+arm64+gic 框架

1. 中断类型（基于中断源划分）

SGI	软件写 GICD_SGIR 寄存器	0~15	多核核间同步 / 唤醒
SPI（外设中断）	硬件外设	32~1019	响应硬件事件
PPI（私有中断）	CPU 核心私有外设（定时器）	16~31	核心本地硬件事件
软中断（softirq）	软件位图标记（无 GIC 参与）	无固定编号	内核软件任务延迟处理

GIC 手册中对中断类型定义：

软件可以设置硬件中断的优先级可以设置， 写入gic 寄存器里面， 如果没有设置，gic同时收到俩个中断， gic会先分发哪个中断， 目前没有明确定义， 各家的芯片处理可能不一样。GIC可能是按照轮询来： 比如上次100号中断， 这次优先检查101

linux 系统的中断号按照GIC规范定义的的irq中断号为基础，然后进行映射。

linux 管理中断有三个结构体： irq_desc、irq_domain、irq_chip

irq_desc	中断的 “总控档案”：每个软件中断号（irqnr）对应一个实例，管理该中断的处理逻辑、状态、统计，是中断管理的 “中枢”。
irq_domain	中断号的 “翻译官”：将不同硬件控制器的 “硬件中断号（hwirq）” 映射为内核全局唯一的 “软件中断号（irqnr）”，是多控制器中断号的 “统一命名空间”。
irq_chip	中断控制器的 “硬件驱动”：封装具体中断控制器（如 GICv2/GICv3、GPIO）的底层寄存器操作，是内核与硬件控制器的 “硬件无关性接口”

2. 中断执行过程

1. 硬件触发：通过 GPIO 或专用引脚向 GIC 发送中断请求（IRQ）。
2. GIC 路由：GIC 根据中断配置（如中断号、优先级），将请求路由到指定 CPU 核心的 IRQ 引脚。
3. CPU 异常入口：
   • CPU 检测到中断信号，触发异常向量表（一般是start.S 最前面）中的中断入口（如el1_irq）。
   • arch/arm64/kernel$ vi entry.S
   • • 汇编代码执行：保存 CPU 上下文（x0-x31、SP、ELR_EL1）、关闭全局中断（CPSR.I=1）、跳转到内核 C 语言处理函数handle_arch_irq。
   • 内核核心处理：
     • el1h_64_irq_handler–》el1_interrupt (arch/arm64/kernel/entry-common.c)
     • regs： 中断寄存器上下文 handler： 中断处理函数
     • __el1_irq–》do_interrupt_handler--》 handler(regs); handler其实就是GIC 驱动的gic_handle_irq函数的指针，读取 GIC 的 IRQ 号。
     • （drivers/irqchip/irq-gic-v3.c/irq-gic.c 中驱动初始的时候设置的handler指向gic_handle_irq）
     • gic_handle_irq 处理GICv3和GICv2 处理不一样
     • GICv2 控制器的中断缓存能力比较弱， 所以会有一个while 循环查询当前gic 上的中断。如下图的do while循环
     • • • 如果是GICv3 控制器：gic_handle_irq--》__gic_handle_irq_from_irqson--》__gic_handle_irq
         • generic_handle_domain_irq–》handle_irq_desc（这段代码调用就和之前gicv2 中断控制器是一样的）
         • 通过irq_to_desc(irq)获取对应的irq_desc结构体，检查中断状态（是否屏蔽、是否在处理中）。
     • 顶半部执行：
       • 调用desc->handle_irq（如handle_level_irq/handle_edge_irq），执行注册的 ISR（request_irq注册的函数）。
       • ISR 仅做紧急操作（如读取硬件寄存器数据到缓冲区），然后触发底半部（如schedule_work）。
     • 底半部调度：
       • 软中断 /tasklet 在中断返回时（irq_exit）执行（关中断，适合短任务）。
       • 工作队列由内核线程（kworker）执行（可调度，支持睡眠，适合长任务）。
     • 上下文恢复：执行irq_return，恢复 CPU 上下文，开启中断（CPSR.I=0），返回被中断的任务（或调度新任务）。

关键内核函数调

/ 中断注册（车载驱动中常用） request_irq(irq, isr, IRQF_TRIGGER_RISING, "device_name", dev); // 中断核心处理函数 handle_arch_irq() --> gic_handle_irq() --> irq_to_desc() --> desc->handle_irq() // 底半部触发 schedule_work(&work); // 工作队列 tasklet_schedule(&tasklet); // tasklet raise_softirq(SIRQ_NET_TX); // 软中断