Linux芯片级移植与底层驱动（基于3.7.4内核） --中断控制器

来源：互联网发布：怎么看待网络流行语编辑：程序博客网时间：2024/05/16 18:37

中断控制器驱动

在Linux内核中，各个设备驱动可以简单地调用request_irq()、enable_irq()、disable_irq()、local_irq_disable()、local_irq_enable()等通用API完成中断申请、使能、禁止等功能。在将Linux移植到新的SoC时，芯片供应商需要提供该部分API的底层支持。

local_irq_disable()、local_irq_enable()的实现与具体中断控制器无关，对于ARMv6以上的体系架构而言，是直接调用CPSID/CPSIE指令进行，而对于ARMv6以前的体系结构，则是透过MRS、MSR指令来读取和设置ARM的CPSR寄存器。由此可见，local_irq_disable()、local_irq_enable()针对的并不是外部的中断控制器，而是直接让CPU本身不响应中断请求。相关的实现位于arch/arm/include/asm/irqflags.h：

11#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 6

13static inline unsigned long arch_local_irq_save(void)

14{

15 unsigned long flags;

17 asm volatile(

18 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_saven"

19 " cpsid i"

20 : "=r" (flags) : : "memory", "cc");

21 return flags;

22}

24static inline void arch_local_irq_enable(void)

25{

26 asm volatile(

27 " cpsie i @ arch_local_irq_enable"

28 :

29 :

30 : "memory", "cc");

31}

33static inline void arch_local_irq_disable(void)

34{

35 asm volatile(

36 " cpsid i @ arch_local_irq_disable"

37 :

38 :

39 : "memory", "cc");

40}

44#else

46/*

47 * Save the current interrupt enable state & disable IRQs

48 */

49static inline unsigned long arch_local_irq_save(void)

50{

51 unsigned long flags, temp;

53 asm volatile(

54 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_saven"

55 " orr %1, %0, #128n"

56 " msr cpsr_c, %1"

57 : "=r" (flags), "=r" (temp)

58 :

59 : "memory", "cc");

60 return flags;

61}

63/*

64 * Enable IRQs

65 */

66static inline void arch_local_irq_enable(void)

67{

68 unsigned long temp;

69 asm volatile(

70 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_enablen"

71 " bic %0, %0, #128n"

72 " msr cpsr_c, %0"

73 : "=r" (temp)

74 :

75 : "memory", "cc");

76}

78/*

79 * Disable IRQs

80 */

81static inline void arch_local_irq_disable(void)

82{

83 unsigned long temp;

84 asm volatile(

85 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_disablen"

86 " orr %0, %0, #128n"

87 " msr cpsr_c, %0"

88 : "=r" (temp)

89 :

90 : "memory", "cc");

91}

92 #endif

与local_irq_disable()和local_irq_enable()不同，disable_irq()、enable_irq()针对的则是外部的中断控制器。在内核中，透过irq_chip结构体来描述中断控制器。该结构体内部封装了中断mask、unmask、ack等成员函数，其定义于include/linux/irq.h：

303struct irq_chip {

304 const char *name;

305 unsigned int (*irq_startup)(struct irq_data *data);

306 void (*irq_shutdown)(struct irq_data *data);

307 void (*irq_enable)(struct irq_data *data);

308 void (*irq_disable)(struct irq_data *data);

309

310 void (*irq_ack)(struct irq_data *data);

311 void (*irq_mask)(struct irq_data *data);

312 void (*irq_mask_ack)(struct irq_data *data);

313 void (*irq_unmask)(struct irq_data *data);

314 void (*irq_eoi)(struct irq_data *data);

315

316 int (*irq_set_affinity)(struct irq_data *data, const struct cpumask *dest, bool force);

317 int (*irq_retrigger)(struct irq_data *data);

318 int (*irq_set_type)(struct irq_data *data, unsigned int flow_type);

319 int (*irq_set_wake)(struct irq_data *data, unsigned int on);

334};

各个芯片公司会将芯片内部的中断控制器实现为irq_chip驱动的形式。受限于中断控制器硬件的能力，这些成员函数并不一定需要全部实现，有时候只需要实现其中的部分函数即可。譬如drivers/pinctrl/pinctrl-sirf.c驱动中的

1438static struct irq_chip sirfsoc_irq_chip = {

1439 .name = "sirf-gpio-irq",

1440 .irq_ack = sirfsoc_gpio_irq_ack,

1441 .irq_mask = sirfsoc_gpio_irq_mask,

1442 .irq_unmask = sirfsoc_gpio_irq_unmask,

1443 .irq_set_type = sirfsoc_gpio_irq_type,

1444};

我们只实现了其中的ack、mask、unmask和set_type成员函数，ack函数用于清中断，mask、unmask用于中断屏蔽和取消中断屏蔽、set_type则用于配置中断的触发方式，如高电平、低电平、上升沿、下降沿等。至于enable_irq()的时候，虽然没有实现irq_enable成员函数，但是内核会间接调用到irq_unmask成员函数，这点从kernel/irq/chip.c可以看出：

192void irq_enable(struct irq_desc *desc)

193{

194 irq_state_clr_disabled(desc);

195 if (desc->irq_data.chip->irq_enable)

196 desc->irq_data.chip->irq_enable(&desc->irq_data);

197 else

198 desc->irq_data.chip->irq_unmask(&desc->irq_data);

199 irq_state_clr_masked(desc);

200}

在芯片内部，中断控制器可能不止1个，多个中断控制器之间还很可能是级联的。举个例子，假设芯片内部有一个中断控制器，支持32个中断源，其中有4个来源于GPIO控制器外围的4组GPIO，每组GPIO上又有32个中断（许多芯片的GPIO控制器也同时是一个中断控制器），其关系如下图：

那么，一般来讲，在实际操作中，gpio0_0——gpio0_31这些引脚本身在第1级会使用中断号28，而这些引脚本身的中断号在实现GPIO控制器对应的irq_chip驱动时，我们又会把它映射到Linux系统的32——63号中断。同理，gpio1_0——gpio1_31这些引脚本身在第1级会使用中断号29，而这些引脚本身的中断号在实现GPIO控制器对应的irq_chip驱动时，我们又会把它映射到Linux系统的64——95号中断，以此类推。对于中断号的使用者而言，无需看到这种2级映射关系。如果某设备想申请gpio1_0这个引脚对应的中断，它只需要申请64号中断即可。这个关系图看起来如下：

还是以drivers/pinctrl/pinctrl-sirf.c的irq_chip部分为例，我们对于每组GPIO都透过irq_domain_add_legacy()添加了相应的irq_domain，每组GPIO的中断号开始于SIRFSOC_GPIO_IRQ_START + i * SIRFSOC_GPIO_BANK_SIZE，而每组GPIO本身占用的第1级中断控制器的中断号则为bank->parent_irq，我们透过irq_set_chained_handler()设置了第1级中断发生的时候，会调用链式IRQ处理函数sirfsoc_gpio_handle_irq()：

1689 bank->domain = irq_domain_add_legacy(np, SIRFSOC_GPIO_BANK_SIZE,

1690 SIRFSOC_GPIO_IRQ_START + i * SIRFSOC_GPIO_BANK_SIZE, 0,

1691 &sirfsoc_gpio_irq_simple_ops, bank);

1692

1693 if (!bank->domain) {

1694 pr_err("%s: Failed to create irqdomainn", np->full_name);

1695 err = -ENOSYS;

1696 goto out;

1697 }

1698

1699 irq_set_chained_handler(bank->parent_irq, sirfsoc_gpio_handle_irq);

1700 irq_set_handler_data(bank->parent_irq, bank);

而在sirfsoc_gpio_handle_irq()函数的入口出调用chained_irq_enter()暗示自身进入链式IRQ处理，在函数体内判决具体的GPIO中断，并透过generic_handle_irq()调用到最终的外设驱动中的中断服务程序，最后调用chained_irq_exit()暗示自身退出链式IRQ处理：

1446static void sirfsoc_gpio_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)

1447{

1448 …

1454 chained_irq_enter(chip, desc);

1456 …

1477 generic_handle_irq(first_irq + idx);

1478 …

1484 chained_irq_exit(chip, desc);

1485}

很多中断控制器的寄存器定义呈现出简单的规律，如有一个mask寄存器，其中每1位可屏蔽1个中断等，这种情况下，我们无需实现1个完整的irq_chip驱动，可以使用内核提供的通用irq_chip驱动架构irq_chip_generic，这样只需要实现极少量的代码，如arch/arm/mach-prima2/irq.c中，注册CSR SiRFprimaII内部中断控制器的代码仅为：

26static __init void

27sirfsoc_alloc_gc(void __iomem *base, unsigned int irq_start, unsigned int num)

28{

29 struct irq_chip_generic *gc;

30 struct irq_chip_type *ct;

32 gc = irq_alloc_generic_chip("SIRFINTC", 1, irq_start, base, handle_level_irq);

33 ct = gc->chip_types;

35 ct->chip.irq_mask = irq_gc_mask_clr_bit;

36 ct->chip.irq_unmask = irq_gc_mask_set_bit;

37 ct->regs.mask = SIRFSOC_INT_RISC_MASK0;

39 irq_setup_generic_chip(gc, IRQ_MSK(num), IRQ_GC_INIT_MASK_CACHE, IRQ_NOREQUEST, 0);

40}

特别值得一提的是，目前多数主流ARM芯片，内部的一级中断控制器都使用了ARM公司的GIC，我们几乎不需要实现任何代码，只需要在Device Tree中添加相关的结点并将gic_handle_irq()填入MACHINE的handle_irq成员。

如在arch/arm/boot/dts/exynos5250.dtsi即含有：

36 gic:interrupt-controller@10481000 {

37 compatible = "arm,cortex-a9-gic";

38 #interrupt-cells = <3>;

39 interrupt-controller;

40 reg = <0x10481000 0x1000>, <0x10482000 0x2000>;

41 };

而在arch/arm/mach-exynos/mach-exynos5-dt.c中即含有：

95DT_MACHINE_START(EXYNOS5_DT, "SAMSUNG EXYNOS5 (Flattened Device Tree)")

96 /* Maintainer: Kukjin Kim <kgene.kim@samsung.com> */

97 .init_irq = exynos5_init_irq,

98 .smp = smp_ops(exynos_smp_ops),

99 .map_io = exynos5250_dt_map_io,

100 .handle_irq = gic_handle_irq,

101 .init_machine = exynos5250_dt_machine_init,

102 .init_late = exynos_init_late,

103 .timer = &exynos4_timer,

104 .dt_compat = exynos5250_dt_compat,

105 .restart = exynos5_restart,

106MACHINE_END

0 0