Linux kernel的中斷子系統之（二）：IRQ Domain介紹

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總結：1、二概述了軟硬件不一樣角度的IRQ Number和HW Interrupt ID，這就須要他們之間架個橋樑。

三介紹了架設這種橋樑的幾種方式：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及針對中斷域的操做函數。

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之間的映射關係。

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》

1、概述

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

一、IRQ number。CPU須要爲每個外設中斷編號，咱們稱之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。

二、HW interrupt ID。對於interrupt controller而言，它收集了多個外設的interrupt request line並向上傳遞，所以，interrupt controller須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級聯的狀況下，僅僅用HW interrupt ID已經不能惟一標識一個外設中斷，還須要知道該HW interrupt ID所屬的interrupt controller（HW interrupt ID在不一樣的Interrupt controller上是會重複編碼的）。

這樣，CPU和interrupt controller在標識中斷上就有了一些不一樣的概念，可是，對於驅動工程師而言，咱們和CPU視角是同樣的，咱們只但願獲得一個IRQ number，而不關係具體是那個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，驅動軟件不須要修改。所以，linux kernel中的中斷子系統須要提供一個將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對每一箇中斷進行編號。HW interrupt ID：從中斷控制起來看，每一箇中斷控制器上的中斷都有一個編號。

這兩種不一樣視角就致使了，從硬件到軟件的一個轉換。

2、歷史

關於HW interrupt ID映射到IRQ number上 這事，在過去系統只有一個interrupt controller的時候仍是很簡單的，中斷控制器上實際的HW interrupt line的編號能夠直接變成IRQ number。例如咱們你們都熟悉的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），每一個bit就是一個IRQ number，能夠直接進行映射。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，所以全部的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。若是你是一個足夠老的工程師，應該是經歷過這個階段的。

隨着linux kernel的發展，將interrupt controller抽象成irqchip這個概念愈來愈流行，甚至GPIO controller也能夠被看出一個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。隨着系統複雜度加大，外設中斷數據增長，實際上系統能夠須要多箇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。

咱們據說過不少的domain，power domain，clock domain等等，所謂domain，就是領域，範圍的意思，也就是說，任何的定義出了這個範圍就沒有意義了。系統中全部的interrupt controller會造成樹狀結構，對於每一個interrupt controller均可以鏈接若干個外設的中斷請求（咱們稱之interrupt source），interrupt controller會對鏈接其上的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範圍內。

Notes：中斷控制器級聯，致使多irq domain。HW interrupt ID就只能在本irq domain有效，在驅動全局範圍內就須要進行不一樣映射。

3、接口

一、向系統註冊irq domain

具體如何進行映射是interrupt controller本身的事情，不過，有軟件架構思想的工程師更願意對形形色色的interrupt controller進行抽象，對如何進行HW interrupt ID到IRQ number映射關係上進行進一步的抽象。所以，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係分紅了三類：

（1）線性映射。其實就是一個lookup table，HW interrupt ID做爲index，經過查表能夠獲取對應的IRQ number。對於Linear map而言，interrupt controller對其HW interrupt ID進行編碼的時候要知足必定的條件：hw ID不能過大，並且ID排列最好是緊密的。對於線性映射，其接口API以下：

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。創建一個Radix Tree來維護HW interrupt ID到IRQ number映射關係。HW interrupt ID做爲lookup key，在Radix Tree檢索到IRQ number。若是的確不能知足線性映射的條件，能夠考慮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。對於Radix Tree map，其接口API以下：

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，能夠經過寄存器配置HW interrupt ID而不是由物理鏈接決定的。例如PowerPC 系統使用的MPIC (Multi-Processor Interrupt Controller)。在這種狀況下，不須要進行映射，咱們直接把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，也就不須要進行mapping了。對於這種類型的映射，其接口API以下：

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，根據本身的映射類型，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。

二、爲irq domain建立映射

上節的內容主要是向系統註冊一個irq domain，具體HW interrupt ID和IRQ number的映射關係都是空的，所以，具體各個irq domain如何管理映射所須要的database仍是須要創建的。例如：對於線性映射的irq domain，咱們須要創建線性映射的lookup table，對於Radix Tree map，咱們要把那個反應IRQ number和HW interrupt ID的Radix tree創建起來。建立映射有四個接口函數：

（1）調用irq_create_mapping函數創建HW interrupt ID和IRQ number的映射關係。該接口函數以irq domain和HW interrupt ID爲參數，返回IRQ number（這個IRQ number是動態分配的）。該函數的原型定義以下：

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，也就是意味着driver知道本身使用的HW interrupt ID，而通常狀況下，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有着特定的關係，driver知道本身使用那個GPIO，也就是知道使用哪個HW interrupt ID了。

（2）irq_create_strict_mappings。這個接口函數用來爲一組HW interrupt ID創建映射。具體函數的原型定義以下：

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），我想你也能夠猜到了幾分，這個接口固然是利用device tree進行映射關係的創建。具體函數的原型定義以下：

extern unsigned int irq_create_of_mapping(struct of_phandle_args *irq_data);

一般，一個普通設備的device tree node已經描述了足夠的中斷信息，在這種狀況下，該設備的驅動在初始化的時候能夠調用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，並創建映射關係，具體代碼以下：

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);－－－－－建立映射，並返回對應的IRQ number
}

對於一個使用Device tree的普通驅動程序（咱們推薦這樣作），基本上初始化須要調用irq_of_parse_and_map獲取IRQ number，而後調用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，這裏再也不贅述。

4、數據結構描述

一、irq domain的callback接口

struct irq_domain_ops抽象了一個irq domain的callback函數，定義以下：

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);
};

咱們先看xlate函數，語義是翻譯（translate）的意思，那麼到底翻譯什麼呢？在DTS文件中，各個使用中斷的device node會經過一些屬性（例如interrupts和interrupt-parent屬性）來提供中斷信息給kernel以便kernel能夠正確的進行driver的初始化動做。這裏，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），若是匹配的話，返回1。實際上，內核中不多定義這個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，所以，若是不提供該函數，那麼default的匹配函數其實就是判斷irq domain的of_node成員是否等於傳入的node參數。

map和unmap是操做相反的函數，咱們描述其中之一就OK了。調用map函數的時機是在建立（或者更新）HW interrupt ID（hw參數）和IRQ number（virq參數）關係的時候。其實，從發生一箇中斷到調用該中斷的handler僅僅調用一個request_threaded_irq是不夠的，還須要針對該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，所以在Interrupt controller，也就是irq domain的callback函數中設定。

二、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，該值等於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，全部的irq domain被掛入一個全局鏈表，鏈表頭定義以下：

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。經過irq_domain_list這個指針，能夠獲取整個系統中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（對於GIC，該指針指向一個struct gic_chip_data數據結構）。

對於線性映射：

（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等於線性的lookup table的size。

（3）hwirq_max保存了最大的HW interrupt ID

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

對於Radix Tree map：

（1）linear_revmap沒有用，revmap_size等於0。

（2）hwirq_max沒有用，設定爲一個最大值。

（3）revmap_direct_max_irq沒有用，設定爲0。

（4）revmap_tree指向Radix tree的root node。

5、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的分配狀況（分配給哪個具體的外設）都在Device Tree Source文件中經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，這裏簡單總結一下：

對於那些產生中斷的外設，咱們須要定義interrupt-parent和interrupts屬性：

（1）interrupt-parent。代表該外設的interrupt request line物理的鏈接到了哪個中斷控制器上

（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。

對於Interrupt controller，咱們須要定義interrupt-controller和#interrupt-cells的屬性：

（1）interrupt-controller。代表該device node就是一箇中斷控制器

（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。？具體每一個cell表示什麼樣的含義由interrupt controller本身定義。

（3）interrupts和interrupt-parent。對於那些不是root 的interrupt controller，其自己也是做爲一個產生中斷的外設鏈接到其餘的interrupt controller上，所以也須要定義interrupts和interrupt-parent的屬性。

6、Mapping DB的創建

一、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當中創建起來的，過程以下：

（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啓動的時候，由bootloader傳遞給kernel（實際傳遞的是DTB）。

（2）在Device Tree初始化的時候，造成了系統內全部的device node的樹狀結構，固然其中包括全部和中斷拓撲相關的數據結構（全部的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，在該函數中會掃描全部interrupt controller的節點，並調用適合的interrupt controller driver進行初始化。毫無疑問，初始化須要注意順序，首先初始化root，而後first level，second level，最好是leaf node。在初始化的過程當中，通常會調用上節中的接口函數向系統增長irq domain。有些interrupt controller會在其driver初始化的過程當中建立映射

（4）在各個driver初始化的過程當中，建立映射

Notes：從最開始的DTB文件，到初始化DeviceTree的時候關於中斷拓撲數據結構，而後在of_irq_init中調用合適的驅動進行初始化，最後在驅動初始化中建立映射關係。

二、 interrupt controller初始化的過程當中，註冊irq domain

咱們以GIC的代碼爲例。具體代碼在gic_of_init->gic_init_bases中，以下：

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;

……
對於root GIC
        hwirq_base = 16;
        gic_irqs = 系統支持的全部的中斷數目－16。之因此減去16主要是由於root GIC的0～15號HW interrupt 是for IPI的，所以要去掉。也正由於如此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。因爲是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);－－－向系統註冊irq domain並建立映射

……
}

很遺憾，在GIC的代碼中沒有調用標準的註冊irq domain的接口函數。要了解其背後的緣由，咱們須要回到過去。在舊的linux kernel中，ARM體系結構的代碼不甚理想。在arch/arm目錄充斥了不少board specific的代碼，其中定義了不少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，固然，其中包括IRQ資源。在這種狀況下，各個外設的IRQ是固定的（若是做爲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的關係是固定的。一旦關係固定，咱們就能夠在interupt controller的代碼中建立這些映射關係。具體代碼以下：

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,－－－－註冊irq domain
                  first_hwirq + size, 0, ops, host_data);
    if (!domain)
        return NULL;

    irq_domain_associate_many(domain, first_irq, first_hwirq, size); －－－建立映射

    return domain;
}

這時候，對於這個版本的GIC driver而言，初始化以後，HW interrupt ID和IRQ number的映射關係已經創建，保存在線性lookup table中，size等於GIC支持的中斷數目，具體以下：

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

……

若是想充分發揮Device Tree的威力，3.14版本中的GIC 代碼須要修改。

三、在各個硬件外設的驅動初始化過程當中，建立HW interrupt ID和IRQ number的映射關係

咱們上面的描述過程當中，已經說起：設備的驅動在初始化的時候能夠調用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，並創建映射關係，具體代碼以下：

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);－－－－－建立映射
}

咱們再來看看irq_create_of_mapping函數如何建立映射：

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：這裏的代碼主要是找到irq domain。這是根據傳遞進來的參數irq_data的np成員來尋找的，具體定義以下：

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至關屬性的定義
};

B：若是沒有定義xlate函數，那麼取interrupts屬性的第一個cell做爲HW interrupt ID。

C：解鈴還需繫鈴人，interrupts屬性最好由interrupt controller（也就是irq domain）解釋。若是xlate函數可以完成屬性解析，那麼將輸出參數hwirq和type，分別表示HW interrupt ID和interupt type（觸發方式等）。

D：解析完了，最終仍是要調用irq_create_mapping函數來建立HW interrupt ID和IRQ number的映射關係。

E：若是有須要，調用irq_set_irq_type函數設定trigger type

irq_create_mapping函數創建HW interrupt ID和IRQ number的映射關係。該接口函數以irq domain和HW interrupt ID爲參數，返回IRQ number。具體的代碼以下：

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

若是映射已經存在，那麼不須要映射，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)) {－－－創建mapping
        irq_free_desc(virq);
        return 0;
    }

    return virq;
}

對於分配中斷描述符這段代碼，後續的文章會詳細描述。這裏簡單略過，反正，指向完這段代碼，咱們就能夠或者一個IRQ number以及其對應的中斷描述符了。程序註釋中沒有使用IRQ number而是使用了virtual interrupt number這個術語。virtual interrupt number仍是重點理解「virtual」這個詞，所謂virtual，其實就是說和具體的硬件鏈接沒有關係了，僅僅是一個number而已。具體創建映射的函數是irq_domain_associate函數，代碼以下：

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已經能夠申請了，所以clear相關flag

    return 0;
}

7、將HW interrupt ID轉成IRQ number

建立了龐大的HW interrupt ID到IRQ number的mapping DB，最終仍是要使用。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，並轉成IRQ number，調用對應的irq event handler。在本章中，咱們以一個級聯的GIC系統爲例，描述轉換過程

一、GIC driver初始化

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

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;

……
對於second GIC
        hwirq_base = 32;
        gic_irqs = 系統支持的全部的中斷數目－32。之因此減去32主要是由於對於second GIC，其0～15號HW interrupt 是for IPI的，所以要去掉。而16～31號HW interrupt 是for PPI的，也要去掉。也正由於如此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。因爲是second GIC，申請的IRQ基本上會從root GIC申請的最後一個IRQ號＋1開始

    gic->domain = irq_domain_add_legacy(node, gic_irqs, irq_base,
                    hwirq_base, &gic_irq_domain_ops, gic);－－－向系統註冊irq domain並建立映射

……
}

second GIC初始化以後，該irq domain的HW interrupt ID和IRQ number的映射關係已經創建，保存在線性lookup table中，size等於GIC支持的中斷數目，具體以下：

index 0～32對應的IRQ無效

root GIC申請的最後一個IRQ號＋1  <------------------>32號HW interrupt ID

root GIC申請的最後一個IRQ號＋2  <------------------>33號HW interrupt ID

……

OK，咱們回到gic的初始化函數，對於second GIC，還有其餘部分的初始化內容：

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，並進行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。對於root GIC，其傳入的parent是NULL，所以不會執行級聯部分的代碼。對於second GIC，它是做爲其parent（root GIC）的一個普通的irq source，所以，也須要註冊該IRQ的handler。因而可知，非root的GIC的初始化分紅了兩個部分：一部分是做爲一個interrupt controller，執行和root GIC同樣的初始化代碼。另一方面，GIC又做爲一個普通的interrupt generating device，須要象一個普通的設備驅動同樣，註冊其中斷handler。

irq_of_parse_and_map函數相信你們已經熟悉了，這裏再也不描述。gic_cascade_irq函數以下：

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
}

二、具體如何在中斷處理過程當中，將HW interrupt ID轉成IRQ number

在系統的啓動過程當中，通過了各個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，這裏的數據庫不是指SQL lite或者oracle這樣通用數據庫軟件）已經創建。一旦發生硬件中斷，通過CPU architecture相關的中斷代碼以後，會調用irq handler，該函數的通常過程以下：

（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（對於ARM平臺）來處理該irq number

對於級聯的狀況，過程相似上面的描述，可是須要注意的是在步驟4中不是直接調用該IRQ的hander來處理該irq number由於，這個irq須要各個interrupt controller level上的解析。舉一個簡單的二階級聯狀況：假設系統中有兩個interrupt controller，A和B，A是root interrupt controller，B鏈接到A的13號HW interrupt ID上。在B interrupt controller初始化的時候，除了初始化它做爲interrupt controller的那部份內容，還有初始化它做爲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，會重複上面的（1）～（4）。

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