Linux kernel的中斷子系統之（二）：IRQ Domain介紹

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總結：一、二概述了軟硬件不同角度的IRQ Number和HW Interrupt ID，這就需要他們之間架個橋梁。

三介紹了架設這種橋梁的幾種方式：Linear、Radix Tree和no map。

四介紹了兩種基礎數據結構描述中斷域的irq_domain及針對中斷域的操作函數。

五針對中斷DeviceTree的個屬性進行了解釋。

六介紹了從DT到中斷映射數據庫的過程，也即HW interrupt ID到IRQ number之間的映射關系。

七介紹了實際使用中從中斷觸發時的HW interrupt ID如何映射到IRQ number，進而調用中斷例程的步驟。

原文地址：《Linux kernel的中斷子系統之（二）：IRQ Domain介紹》

一、概述

在linux kernel中，我們使用下面兩個ID來標識一個來自外設的中斷：

1、IRQ number。CPU需要為每一個外設中斷編號，我們稱之IRQ Number。這個IRQ number是一個虛擬的interrupt ID，和硬件無關，僅僅是被CPU用來標識一個外設中斷。

2、HW interrupt ID。對于interrupt controller而言，它收集了多個外設的interrupt request line并向上傳遞，因此，interrupt controller需要對外設中斷進行編碼。Interrupt controller用HW interrupt ID來標識外設的中斷。在interrupt controller級聯的情況下，僅僅用HW interrupt ID已經不能唯一標識一個外設中斷，還需要知道該HW interrupt ID所屬的interrupt controller（HW interrupt ID在不同的Interrupt controller上是會重復編碼的）。

這樣，CPU和interrupt controller在標識中斷上就有了一些不同的概念，但是，對于驅動工程師而言，我們和CPU視角是一樣的，我們只希望得到一個IRQ number，而不關系具體是那個interrupt controller上的那個HW interrupt ID。這樣一個好處是在中斷相關的硬件發生變化的時候，驅動軟件不需要修改。因此，linux kernel中的中斷子系統需要提供一個將HW interrupt ID映射到IRQ number上來的機制，這就是本文主要的內容。

Notes：兩種視角的中斷號：IRQ Number：從驅動軟件來看，CPU對每個中斷進行編號。HW interrupt ID：從中斷控制起來看，每個中斷控制器上的中斷都有一個編號。

這兩種不同視角就導致了，從硬件到軟件的一個轉換。

二、歷史

關于HW interrupt ID映射到IRQ number上 這事，在過去系統只有一個interrupt controller的時候還是很簡單的，中斷控制器上實際的HW interrupt line的編號可以直接變成IRQ number。例如我們大家都熟悉的SOC內嵌的interrupt controller，這種controller多半有中斷狀態寄存器，這個寄存器可能有64個bit（也可能更多），每個bit就是一個IRQ number，可以直接進行映射。這時候，GPIO的中斷在中斷控制器的狀態寄存器中只有一個bit，因此所有的GPIO中斷只有一個IRQ number，在該通用GPIO中斷的irq handler中進行deduplex，將各個具體的GPIO中斷映射到其相應的IRQ number上。如果你是一個足夠老的工程師，應該是經歷過這個階段的。

隨著linux kernel的發展，將interrupt controller抽象成irqchip這個概念越來越流行，甚至GPIO controller也可以被看出一個interrupt controller chip，這樣，系統中至少有兩個中斷控制器了，一個傳統意義的中斷控制器，一個是GPIO controller type的中斷控制器。隨著系統復雜度加大，外設中斷數據增加，實際上系統可以需要多個中斷控制器進行級聯，面對這樣的趨勢，linux kernel工程師如何應對？答案就是irq domain這個概念。

我們聽說過很多的domain，power domain，clock domain等等，所謂domain，就是領域，范圍的意思，也就是說，任何的定義出了這個范圍就沒有意義了。系統中所有的interrupt controller會形成樹狀結構，對于每個interrupt controller都可以連接若干個外設的中斷請求（我們稱之interrupt source），interrupt controller會對連接其上的interrupt source（根據其在Interrupt controller中物理特性）進行編號（也就是HW interrupt ID了）。但這個編號僅僅限制在本interrupt controller范圍內。

Notes：中斷控制器級聯，導致多irq domain。HW interrupt ID就只能在本irq domain有效，在驅動全局范圍內就需要進行不同映射。

三、接口

1、向系統注冊irq domain

具體如何進行映射是interrupt controller自己的事情，不過，有軟件架構思想的工程師更愿意對形形色色的interrupt controller進行抽象，對如何進行HW interrupt ID到IRQ number映射關系上進行進一步的抽象。因此，通用中斷處理模塊中有一個irq domain的子模塊，該模塊將這種映射關系分成了三類：

（1）線性映射。其實就是一個lookup table，HW interrupt ID作為index，通過查表可以獲取對應的IRQ number。對于Linear map而言，interrupt controller對其HW interrupt ID進行編碼的時候要滿足一定的條件：hw ID不能過大，而且ID排列最好是緊密的。對于線性映射，其接口API如下：

static inline struct irq_domain *irq_domain_add_linear(struct device_node *of_node,
???????????????????? unsigned int size,－－－－－－－－－該interrupt domain支持多少IRQ
???????????????????? const struct irq_domain_ops *ops,－－－callback函數
???????????????????? void *host_data)－－－－－driver私有數據
{
??? return __irq_domain_add(of_node, size, size, 0, ops, host_data);
}

（2）Radix Tree map。建立一個Radix Tree來維護HW interrupt ID到IRQ number映射關系。HW interrupt ID作為lookup key，在Radix Tree檢索到IRQ number。如果的確不能滿足線性映射的條件，可以考慮Radix Tree map。實際上，內核中使用Radix Tree map的只有powerPC和MIPS的硬件平臺。對于Radix Tree map，其接口API如下：

static inline struct irq_domain *irq_domain_add_tree(struct device_node *of_node,
???????????????????? const struct irq_domain_ops *ops,
???????????????????? void *host_data)
{
??? return __irq_domain_add(of_node, 0, ~0, 0, ops, host_data);
}

（3）no map。有些中斷控制器很強，可以通過寄存器配置HW interrupt ID而不是由物理連接決定的。例如PowerPC 系統使用的MPIC (Multi-Processor Interrupt Controller)。在這種情況下，不需要進行映射，我們直接把IRQ number寫入HW interrupt ID配置寄存器就OK了，這時候，生成的HW interrupt ID就是IRQ number，也就不需要進行mapping了。對于這種類型的映射，其接口API如下：

static inline struct irq_domain *irq_domain_add_nomap(struct device_node *of_node,
???????????????????? unsigned int max_irq,
???????????????????? const struct irq_domain_ops *ops,
???????????????????? void *host_data)
{
??? return __irq_domain_add(of_node, 0, max_irq, max_irq, ops, host_data);
}

這類接口的邏輯很簡單，根據自己的映射類型，初始化struct irq_domain中的各個成員，調用__irq_domain_add將該irq domain掛入irq_domain_list的全局列表。

2、為irq domain創建映射

上節的內容主要是向系統注冊一個irq domain，具體HW interrupt ID和IRQ number的映射關系都是空的，因此，具體各個irq domain如何管理映射所需要的database還是需要建立的。例如：對于線性映射的irq domain，我們需要建立線性映射的lookup table，對于Radix Tree map，我們要把那個反應IRQ number和HW interrupt ID的Radix tree建立起來。創建映射有四個接口函數：

（1）調用irq_create_mapping函數建立HW interrupt ID和IRQ number的映射關系。該接口函數以irq domain和HW interrupt ID為參數，返回IRQ number（這個IRQ number是動態分配的）。該函數的原型定義如下：

extern unsigned int irq_create_mapping(struct irq_domain *host,
?????????????????????? irq_hw_number_t hwirq);

驅動調用該函數的時候必須提供HW interrupt ID，也就是意味著driver知道自己使用的HW interrupt ID，而一般情況下，HW interrupt ID其實對具體的driver應該是不可見的，不過有些場景比較特殊，例如GPIO類型的中斷，它的HW interrupt ID和GPIO有著特定的關系，driver知道自己使用那個GPIO，也就是知道使用哪一個HW interrupt ID了。

（2）irq_create_strict_mappings。這個接口函數用來為一組HW interrupt ID建立映射。具體函數的原型定義如下：

extern int irq_create_strict_mappings(struct irq_domain *domain,
????????????????????? unsigned int irq_base,
????????????????????? irq_hw_number_t hwirq_base, int count);

（3）irq_create_of_mapping。看到函數名字中的of（open firmware），我想你也可以猜到了幾分，這個接口當然是利用device tree進行映射關系的建立。具體函數的原型定義如下：

extern unsigned int irq_create_of_mapping(struct of_phandle_args *irq_data);

通常，一個普通設備的device tree node已經描述了足夠的中斷信息，在這種情況下，該設備的驅動在初始化的時候可以調用irq_of_parse_and_map這個接口函數進行該device node中和中斷相關的內容（interrupts和interrupt-parent屬性）進行分析，并建立映射關系，具體代碼如下：

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)
{
??? struct of_phandle_args oirq;

??? if (of_irq_parse_one(dev, index, &oirq))－－－－分析device node中的interrupt相關屬性
??????? return 0;

??? return irq_create_of_mapping(&oirq);－－－－－創建映射，并返回對應的IRQ number
}

對于一個使用Device tree的普通驅動程序（我們推薦這樣做），基本上初始化需要調用irq_of_parse_and_map獲取IRQ number，然后調用request_threaded_irq申請中斷handler。

（4）irq_create_direct_mapping。這是給no map那種類型的interrupt controller使用的，這里不再贅述。

四、數據結構描述

1、irq domain的callback接口

struct irq_domain_ops抽象了一個irq domain的callback函數，定義如下：

struct irq_domain_ops {
??? int (*match)(struct irq_domain *d, struct device_node *node);
??? int (*map)(struct irq_domain *d, unsigned int virq, irq_hw_number_t hw);
??? void (*unmap)(struct irq_domain *d, unsigned int virq);
??? int (*xlate)(struct irq_domain *d, struct device_node *node,
???????????? const u32 *intspec, unsigned int intsize,
???????????? unsigned long *out_hwirq, unsigned int *out_type);
};

我們先看xlate函數，語義是翻譯（translate）的意思，那么到底翻譯什么呢？在DTS文件中，各個使用中斷的device node會通過一些屬性（例如interrupts和interrupt-parent屬性）來提供中斷信息給kernel以便kernel可以正確的進行driver的初始化動作。這里，interrupts屬性所表示的interrupt specifier只能由具體的interrupt controller（也就是irq domain）來解析。而xlate函數就是將指定的設備（node參數）上若干個（intsize參數）中斷屬性（intspec參數）翻譯成HW interrupt ID（out_hwirq參數）和trigger類型（out_type）。

match是判斷一個指定的interrupt controller（node參數）是否和一個irq domain匹配（d參數），如果匹配的話，返回1。實際上，內核中很少定義這個callback函數，實際上struct irq_domain中有一個of_node指向了對應的interrupt controller的device node，因此，如果不提供該函數，那么default的匹配函數其實就是判斷irq domain的of_node成員是否等于傳入的node參數。

map和unmap是操作相反的函數，我們描述其中之一就OK了。調用map函數的時機是在創建（或者更新）HW interrupt ID（hw參數）和IRQ number（virq參數）關系的時候。其實，從發生一個中斷到調用該中斷的handler僅僅調用一個request_threaded_irq是不夠的，還需要針對該irq number設定：

（1）設定該IRQ number對應的中斷描述符（struct irq_desc）的irq chip

（2）設定該IRQ number對應的中斷描述符的highlevel irq-events handler

（3）設定該IRQ number對應的中斷描述符的 irq chip data

這些設定不適合由具體的硬件驅動來設定，因此在Interrupt controller，也就是irq domain的callback函數中設定。

2、irq domain

在內核中，irq domain的概念由struct irq_domain表示：

struct irq_domain {
??? struct list_head link;
??? const char *name;
??? const struct irq_domain_ops *ops; －－－－callback函數
??? void *host_data;

??? /* Optional data */
??? struct device_node *of_node; －－－－該interrupt domain對應的interrupt controller的device node
??? struct irq_domain_chip_generic *gc; －－－generic irq chip的概念，本文暫不描述

??? /* reverse map data. The linear map gets appended to the irq_domain */
??? irq_hw_number_t hwirq_max; －－－－該domain中最大的那個HW interrupt ID
??? unsigned int revmap_direct_max_irq; －－－－
??? unsigned int revmap_size; －－－線性映射的size，for Radix Tree map和no map，該值等于0
??? struct radix_tree_root revmap_tree; －－－－Radix Tree map使用到的radix tree root node
??? unsigned int linear_revmap[]; －－－－－線性映射使用的lookup table
};

linux內核中，所有的irq domain被掛入一個全局鏈表，鏈表頭定義如下：

static LIST_HEAD(irq_domain_list);

struct irq_domain中的link成員就是掛入這個隊列的節點。通過irq_domain_list這個指針，可以獲取整個系統中HW interrupt ID和IRQ number的mapping DB。host_data定義了底層interrupt controller使用的私有數據，和具體的interrupt controller相關（對于GIC，該指針指向一個struct gic_chip_data數據結構）。

對于線性映射：

（1）linear_revmap保存了一個線性的lookup table，index是HW interrupt ID，table中保存了IRQ number值

（2）revmap_size等于線性的lookup table的size。

（3）hwirq_max保存了最大的HW interrupt ID

（4）revmap_direct_max_irq沒有用，設定為0。revmap_tree沒有用。

對于Radix Tree map：

（1）linear_revmap沒有用，revmap_size等于0。

（2）hwirq_max沒有用，設定為一個最大值。

（3）revmap_direct_max_irq沒有用，設定為0。

（4）revmap_tree指向Radix tree的root node。

五、中斷相關的Device Tree知識回顧

想要進行映射，首先要了解interrupt controller的拓撲結構。系統中的interrupt controller的拓撲結構以及其interrupt request line的分配情況（分配給哪一個具體的外設）都在Device Tree Source文件中通過下面的屬性給出了描述。這些內容在Device Tree的三份文檔中給出了一些描述，這里簡單總結一下：

對于那些產生中斷的外設，我們需要定義interrupt-parent和interrupts屬性：

（1）interrupt-parent。表明該外設的interrupt request line物理的連接到了哪一個中斷控制器上

（2）interrupts。這個屬性描述了具體該外設產生的interrupt的細節信息（也就是傳說中的interrupt specifier）。例如：HW interrupt ID（由該外設的device node中的interrupt-parent指向的interrupt controller解析）、interrupt觸發類型等。

對于Interrupt controller，我們需要定義interrupt-controller和#interrupt-cells的屬性：

（1）interrupt-controller。表明該device node就是一個中斷控制器

（2）#interrupt-cells。該中斷控制器用多少個cell（一個cell就是一個32-bit的單元）描述一個外設的interrupt request line。？具體每個cell表示什么樣的含義由interrupt controller自己定義。

（3）interrupts和interrupt-parent。對于那些不是root 的interrupt controller，其本身也是作為一個產生中斷的外設連接到其他的interrupt controller上，因此也需要定義interrupts和interrupt-parent的屬性。

六、Mapping DB的建立

1、概述

系統中HW interrupt ID和IRQ number的mapping DB是在整個系統初始化的過程中建立起來的，過程如下：

（1）DTS文件描述了系統中的interrupt controller以及外設IRQ的拓撲結構，在linux kernel啟動的時候，由bootloader傳遞給kernel（實際傳遞的是DTB）。

（2）在Device Tree初始化的時候，形成了系統內所有的device node的樹狀結構，當然其中包括所有和中斷拓撲相關的數據結構（所有的interrupt controller的node和使用中斷的外設node）

（3）在machine driver初始化的時候會調用of_irq_init函數，在該函數中會掃描所有interrupt controller的節點，并調用適合的interrupt controller driver進行初始化。毫無疑問，初始化需要注意順序，首先初始化root，然后first level，second level，最好是leaf node。在初始化的過程中，一般會調用上節中的接口函數向系統增加irq domain。有些interrupt controller會在其driver初始化的過程中創建映射

（4）在各個driver初始化的過程中，創建映射

Notes：從最開始的DTB文件，到初始化DeviceTree的時候關于中斷拓撲數據結構，然后在of_irq_init中調用合適的驅動進行初始化，最后在驅動初始化中創建映射關系。

2、 interrupt controller初始化的過程中，注冊irq domain

我們以GIC的代碼為例。具體代碼在gic_of_init->gic_init_bases中，如下：

void __init gic_init_bases(unsigned int gic_nr, int irq_start,
?????????????? void __iomem *dist_base, void __iomem *cpu_base,
?????????????? u32 percpu_offset, struct device_node *node)
{
??? irq_hw_number_t hwirq_base;
??? struct gic_chip_data *gic;
??? int gic_irqs, irq_base, i;

……
對于root GIC
??????? hwirq_base = 16;
??????? gic_irqs = 系統支持的所有的中斷數目－16。之所以減去16主要是因為root GIC的0～15號HW interrupt 是for IPI的，因此要去掉。也正因為如此hwirq_base從16開始

??? irq_base = irq_alloc_descs(irq_start, 16, gic_irqs, numa_node_id());申請gic_irqs個IRQ資源，從16號開始搜索IRQ number。由于是root GIC，申請的IRQ基本上會從16號開始

??? gic->domain = irq_domain_add_legacy(node, gic_irqs, irq_base,
??????????????????? hwirq_base, &gic_irq_domain_ops, gic);－－－向系統注冊irq domain并創建映射

……
}

很遺憾，在GIC的代碼中沒有調用標準的注冊irq domain的接口函數。要了解其背后的原因，我們需要回到過去。在舊的linux kernel中，ARM體系結構的代碼不甚理想。在arch/arm目錄充斥了很多board specific的代碼，其中定義了很多具體設備相關的靜態表格，這些表格規定了各個device使用的資源，當然，其中包括IRQ資源。在這種情況下，各個外設的IRQ是固定的（如果作為驅動程序員的你足夠老的話，應該記得很長篇幅的針對IRQ number的宏定義），也就是說，HW interrupt ID和IRQ number的關系是固定的。一旦關系固定，我們就可以在interupt controller的代碼中創建這些映射關系。具體代碼如下：

struct irq_domain *irq_domain_add_legacy(struct device_node *of_node,
???????????????????? unsigned int size,
???????????????????? unsigned int first_irq,
???????????????????? irq_hw_number_t first_hwirq,
???????????????????? const struct irq_domain_ops *ops,
???????????????????? void *host_data)
{
??? struct irq_domain *domain;

??? domain = __irq_domain_add(of_node, first_hwirq + size,－－－－注冊irq domain
????????????????? first_hwirq + size, 0, ops, host_data);
??? if (!domain)
??????? return NULL;

??? irq_domain_associate_many(domain, first_irq, first_hwirq, size); －－－創建映射

??? return domain;
}

這時候，對于這個版本的GIC driver而言，初始化之后，HW interrupt ID和IRQ number的映射關系已經建立，保存在線性lookup table中，size等于GIC支持的中斷數目，具體如下：

index 0～15對應的IRQ無效

16號IRQ? <------------------>16號HW interrupt ID

17號IRQ? <------------------>17號HW interrupt ID

……

如果想充分發揮Device Tree的威力，3.14版本中的GIC 代碼需要修改。

3、在各個硬件外設的驅動初始化過程中，創建HW interrupt ID和IRQ number的映射關系

我們上面的描述過程中，已經提及：設備的驅動在初始化的時候可以調用irq_of_parse_and_map這個接口函數進行該device node中和中斷相關的內容（interrupts和interrupt-parent屬性）進行分析，并建立映射關系，具體代碼如下：

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)
{
??? struct of_phandle_args oirq;

??? if (of_irq_parse_one(dev, index, &oirq))－－－－分析device node中的interrupt相關屬性
??????? return 0;

??? return irq_create_of_mapping(&oirq);－－－－－創建映射
}

我們再來看看irq_create_of_mapping函數如何創建映射：

unsigned int irq_create_of_mapping(struct of_phandle_args *irq_data)
{
??? struct irq_domain *domain;
??? irq_hw_number_t hwirq;
??? unsigned int type = IRQ_TYPE_NONE;
??? unsigned int virq;

??? domain = irq_data->np ? irq_find_host(irq_data->np) : irq_default_domain;－－A
??? if (!domain) {
??????? return 0;
??? }

??? if (domain->ops->xlate == NULL)－－－－－－－－－－－－－－B
??????? hwirq = irq_data->args[0];
??? else {
??????? if (domain->ops->xlate(domain, irq_data->np, irq_data->args,－－－－C
??????????????????? irq_data->args_count, &hwirq, &type))
??????????? return 0;
??? }

??? /* Create mapping */
??? virq = irq_create_mapping(domain, hwirq);－－－－－－－－D
??? if (!virq)
??????? return virq;

??? /* Set type if specified and different than the current one */
??? if (type != IRQ_TYPE_NONE &&
??????? type != irq_get_trigger_type(virq))
??????? irq_set_irq_type(virq, type);－－－－－－－－－E
??? return virq;
}

A：這里的代碼主要是找到irq domain。這是根據傳遞進來的參數irq_data的np成員來尋找的，具體定義如下：

struct of_phandle_args {
??? struct device_node *np;－－－指向了外設對應的interrupt controller的device node
??? int args_count;－－－－－－－該外設定義的interrupt相關屬性的個數
??? uint32_t args[MAX_PHANDLE_ARGS];－－－－具體的interrupt相當屬性的定義
};

B：如果沒有定義xlate函數，那么取interrupts屬性的第一個cell作為HW interrupt ID。

C：解鈴還需系鈴人，interrupts屬性最好由interrupt controller（也就是irq domain）解釋。如果xlate函數能夠完成屬性解析，那么將輸出參數hwirq和type，分別表示HW interrupt ID和interupt type（觸發方式等）。

D：解析完了，最終還是要調用irq_create_mapping函數來創建HW interrupt ID和IRQ number的映射關系。

E：如果有需要，調用irq_set_irq_type函數設定trigger type

irq_create_mapping函數建立HW interrupt ID和IRQ number的映射關系。該接口函數以irq domain和HW interrupt ID為參數，返回IRQ number。具體的代碼如下：

unsigned int irq_create_mapping(struct irq_domain *domain,
??????????????? irq_hw_number_t hwirq)
{
??? unsigned int hint;
??? int virq;

如果映射已經存在，那么不需要映射，直接返回
??? virq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
??? if (virq) {
??????? return virq;
??? }

??? hint = hwirq % nr_irqs;－－－－－－－分配一個IRQ 描述符以及對應的irq number
??? if (hint == 0)
??????? hint++;
??? virq = irq_alloc_desc_from(hint, of_node_to_nid(domain->of_node));
??? if (virq <= 0)
??????? virq = irq_alloc_desc_from(1, of_node_to_nid(domain->of_node));
??? if (virq <= 0) {
??????? pr_debug("-> virq allocation failed\n");
??????? return 0;
??? }

??? if (irq_domain_associate(domain, virq, hwirq)) {－－－建立mapping
??????? irq_free_desc(virq);
??????? return 0;
??? }

??? return virq;
}

對于分配中斷描述符這段代碼，后續的文章會詳細描述。這里簡單略過，反正，指向完這段代碼，我們就可以或者一個IRQ number以及其對應的中斷描述符了。程序注釋中沒有使用IRQ number而是使用了virtual interrupt number這個術語。virtual interrupt number還是重點理解“virtual”這個詞，所謂virtual，其實就是說和具體的硬件連接沒有關系了，僅僅是一個number而已。具體建立映射的函數是irq_domain_associate函數，代碼如下：

int irq_domain_associate(struct irq_domain *domain, unsigned int virq,
???????????? irq_hw_number_t hwirq)
{
??? struct irq_data *irq_data = irq_get_irq_data(virq);
??? int ret;

??? mutex_lock(&irq_domain_mutex);
??? irq_data->hwirq = hwirq;
??? irq_data->domain = domain;
??? if (domain->ops->map) {
??????? ret = domain->ops->map(domain, virq, hwirq);－－－調用irq domain的map callback函數
??? }

??? if (hwirq < domain->revmap_size) {
??????? domain->linear_revmap[hwirq] = virq;－－－－填寫線性映射lookup table的數據
??? } else {
??????? mutex_lock(&revmap_trees_mutex);
??????? radix_tree_insert(&domain->revmap_tree, hwirq, irq_data);－－向radix tree插入一個node
??????? mutex_unlock(&revmap_trees_mutex);
??? }
??? mutex_unlock(&irq_domain_mutex);

??? irq_clear_status_flags(virq, IRQ_NOREQUEST); －－－該IRQ已經可以申請了，因此clear相關flag

??? return 0;
}

七、將HW interrupt ID轉成IRQ number

創建了龐大的HW interrupt ID到IRQ number的mapping DB，最終還是要使用。具體的使用場景是在CPU相關的處理函數中，程序會讀取硬件interrupt ID，并轉成IRQ number，調用對應的irq event handler。在本章中，我們以一個級聯的GIC系統為例，描述轉換過程

1、GIC driver初始化

上面已經描述了root GIC的的初始化，我們再來看看second GIC的初始化。具體代碼在gic_of_init->gic_init_bases中，如下：

void __init gic_init_bases(unsigned int gic_nr, int irq_start,
?????????????? void __iomem *dist_base, void __iomem *cpu_base,
?????????????? u32 percpu_offset, struct device_node *node)
{
??? irq_hw_number_t hwirq_base;
??? struct gic_chip_data *gic;
??? int gic_irqs, irq_base, i;

……
對于second GIC
??????? hwirq_base = 32;
??????? gic_irqs = 系統支持的所有的中斷數目－32。之所以減去32主要是因為對于second GIC，其0～15號HW interrupt 是for IPI的，因此要去掉。而16～31號HW interrupt 是for PPI的，也要去掉。也正因為如此hwirq_base從32開始

??? irq_base = irq_alloc_descs(irq_start, 16, gic_irqs, numa_node_id());申請gic_irqs個IRQ資源，從16號開始搜索IRQ number。由于是second GIC，申請的IRQ基本上會從root GIC申請的最后一個IRQ號＋1開始

??? gic->domain = irq_domain_add_legacy(node, gic_irqs, irq_base,
??????????????????? hwirq_base, &gic_irq_domain_ops, gic);－－－向系統注冊irq domain并創建映射

……
}

second GIC初始化之后，該irq domain的HW interrupt ID和IRQ number的映射關系已經建立，保存在線性lookup table中，size等于GIC支持的中斷數目，具體如下：

index 0～32對應的IRQ無效

root GIC申請的最后一個IRQ號＋1? <------------------>32號HW interrupt ID

root GIC申請的最后一個IRQ號＋2? <------------------>33號HW interrupt ID

……

OK，我們回到gic的初始化函數，對于second GIC，還有其他部分的初始化內容：

int __init gic_of_init(struct device_node *node, struct device_node *parent)
{

……

??? if (parent) {
??????? irq = irq_of_parse_and_map(node, 0);－－解析second GIC的interrupts屬性，并進行mapping，返回IRQ number
??????? gic_cascade_irq(gic_cnt, irq);－－－設置handler
??? }
……
}

上面的初始化函數去掉和級聯無關的代碼。對于root GIC，其傳入的parent是NULL，因此不會執行級聯部分的代碼。對于second GIC，它是作為其parent（root GIC）的一個普通的irq source，因此，也需要注冊該IRQ的handler。由此可見，非root的GIC的初始化分成了兩個部分：一部分是作為一個interrupt controller，執行和root GIC一樣的初始化代碼。另外一方面，GIC又作為一個普通的interrupt generating device，需要象一個普通的設備驅動一樣，注冊其中斷handler。

irq_of_parse_and_map函數相信大家已經熟悉了，這里不再描述。gic_cascade_irq函數如下：

void __init gic_cascade_irq(unsigned int gic_nr, unsigned int irq)
{
??? if (irq_set_handler_data(irq, &gic_data[gic_nr]) != 0)－－－設置handler data
??????? BUG();
??? irq_set_chained_handler(irq, gic_handle_cascade_irq);－－－設置handler
}

2、具體如何在中斷處理過程中，將HW interrupt ID轉成IRQ number

在系統的啟動過程中，經過了各個interrupt controller以及各個外設驅動的努力，整個interrupt系統的database（將HW interrupt ID轉成IRQ number的數據庫，這里的數據庫不是指SQL lite或者oracle這樣通用數據庫軟件）已經建立。一旦發生硬件中斷，經過CPU architecture相關的中斷代碼之后，會調用irq handler，該函數的一般過程如下：

（1）首先找到root interrupt controller對應的irq domain。

（2）根據HW 寄存器信息和irq domain信息獲取HW interrupt ID

（3）調用irq_find_mapping找到HW interrupt ID對應的irq number

（4）調用handle_IRQ（對于ARM平臺）來處理該irq number

對于級聯的情況，過程類似上面的描述，但是需要注意的是在步驟4中不是直接調用該IRQ的hander來處理該irq number因為，這個irq需要各個interrupt controller level上的解析。舉一個簡單的二階級聯情況：假設系統中有兩個interrupt controller，A和B，A是root interrupt controller，B連接到A的13號HW interrupt ID上。在B interrupt controller初始化的時候，除了初始化它作為interrupt controller的那部分內容，還有初始化它作為root interrupt controller A上的一個普通外設這部分的內容。最重要的是調用irq_set_chained_handler設定handler。這樣，在上面的步驟4的時候，就會調用13號HW interrupt ID對應的handler（也就是B的handler），在該handler中，會重復上面的（1）～（4）。

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