在一個系統(tǒng)中，中斷時常發(fā)生，而且線程調(diào)度也是由一個硬件定時器時時刻刻發(fā)出中斷來支撐的?？梢哉f中斷就是linux系統(tǒng)的靈魂。

由于中斷來源很多，加上一個硬件系統(tǒng)中會存在許多中斷控制器級聯(lián)，因此會產(chǎn)生中斷管理上的麻煩，Linux管理中斷也是比較復雜，用到了很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果一開始就深究這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實例如何組織，只能是事倍功半，因此先進行情景分析，看看當一個中斷在設備產(chǎn)生后，會發(fā)生什么事情。

一、中斷控制器的級聯(lián)情況

下面一張圖可以涵蓋兩種級聯(lián)情況

圖中的GIC、GPC、GPIO控制器都能作為中斷控制器，其中我認為GIC才是硬件上真正意義的中斷控制器，而其他兩個之所以能被稱為中斷控制器，是因為他們也需要分辨下一級的中斷源。

還可以看到這里基本忽略了SGI和PPI中斷，因為這些中斷很可能不來自于設備。

一對一的級聯(lián)

從GPC到GIC的中斷，是一對一的。這種有個特點就是GIC發(fā)生了中斷后，無需判斷是下一級哪個GPC的哪個中斷發(fā)生了。舉個例子，如果是GIC 的128號中斷發(fā)生了，無需再判斷是GPC哪個中斷傳遞給了GIC的128號中斷，直接就能斷定是GPC對應的128號中斷產(chǎn)生了。

多對一的級聯(lián)

從GPIO到GPC的5號中斷，是多對一的關系。這個源自于GPIO的一個特點，就是有可能多個GPIO信號只能聯(lián)合產(chǎn)生一個中斷給到上一級中斷控制器，這里上一級的中斷控制器就是GPC。舉個例子，假如GIC發(fā)生了中斷，讀取GIC寄存器知道發(fā)生了GIC的122號中斷，那么也就知道了是GPC的5號中斷產(chǎn)生了，已知GPIO會導致GPC5號中斷產(chǎn)生，但是是哪個GPIO的產(chǎn)生呢？那么就需要在GPIO控制器的驅(qū)動程序中分辨一下。

以上兩種級聯(lián)的情況，決定了當一個中斷產(chǎn)生后，途徑的中斷控制器的中斷執(zhí)行過程。

二、linux對中斷號的管理

通常如果一個設備要作為一個中斷源，會在設備樹指定使用到哪個中斷控制器，使用到這個中斷控制器里面的第x個中斷。但是這個數(shù)字并不能作為唯一標識這個中斷源的號碼，原因在于同一個中斷源，在gpio上會表示x號中斷，而在gpc上面，則可能是y號中斷。

舉個例子，比如有個按鍵key使用到了gpio中斷號為4的，gpio控制器會向上gpc產(chǎn)生一個的中斷號為5，同一個中斷，一下子從4變成5，那么我們指定的4 和5都具有很強的硬件關系，并不能給到linux去標識唯一的中斷。

因此，linux中的中斷號稱為linux irq，是一個系統(tǒng)軟件上的索引。在編寫設備驅(qū)動的時候，都會根據(jù)這個irq去申請中斷并且注冊中斷服務函數(shù)。

linux irq如何轉(zhuǎn)換？

linux irq實際上是在系統(tǒng)初始化，在解析設備樹的時候根據(jù)在設備樹定義的中斷信息將和硬件相關的中斷號轉(zhuǎn)化成linux irq。

以上是對于按鍵編寫的設備樹節(jié)點，使用到GPIO1中斷控制器，并且用到了GPIO的18號中斷，觸發(fā)中斷類型是雙邊沿。那么在解析設備樹的時候，18的硬件中斷號就會被轉(zhuǎn)換成唯一標識這個中斷的linux irq。至于解析過程涉及代碼比較多，這里只是情景分析，就不詳細追代碼了。

三、中斷描述符

這里還要介紹一下中斷描述符這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個linux irq對應一個中斷描述符irq_desc，通過linux irq就能找到對應的中斷描述符。看一下這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以大概知道中斷描述符有什么用

irq_desc

struct irq_desc {
 struct irq_data  irq_data;
 unsigned int __percpu *kstat_irqs;
 irq_flow_handler_t handle_irq;
#ifdef CONFIG_IRQ_PREFLOW_FASTEOI
 irq_preflow_handler_t preflow_handler;
#endif
 struct irqaction *action; /* IRQ action list */
 unsigned int  status_use_accessors;
 unsigned int  core_internal_state__do_not_mess_with_it;
 unsigned int  depth;  /* nested irq disables */
 unsigned int  wake_depth; /* nested wake enables */
 unsigned int  irq_count; /* For detecting broken IRQs */
 unsigned long  last_unhandled; /* Aging timer for unhandled count */
 unsigned int  irqs_unhandled;
 atomic_t  threads_handled;
 int   threads_handled_last;
 raw_spinlock_t  lock;
 struct cpumask  *percpu_enabled;
#ifdef CONFIG_SMP
 const struct cpumask *affinity_hint;
 struct irq_affinity_notify *affinity_notify;
#ifdef CONFIG_GENERIC_PENDING_IRQ
 cpumask_var_t  pending_mask;
#endif
#endif
 unsigned long  threads_oneshot;
 atomic_t  threads_active;
 wait_queue_head_t       wait_for_threads;
#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
 unsigned int  nr_actions;
 unsigned int  no_suspend_depth;
 unsigned int  cond_suspend_depth;
 unsigned int  force_resume_depth;
#endif
#ifdef CONFIG_PROC_FS
 struct proc_dir_entry *dir;
#endif
 int   parent_irq;
 struct module  *owner;
 const char  *name;
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;

• irq_data : 每一個中斷能夠給irq_chip使用的數(shù)據(jù)
• handle_irq ：linux irq 對應的高層次中斷處理函數(shù)，中斷是根據(jù)linux irq執(zhí)行的，高層次的意思就是第一時間執(zhí)行的中斷處理函數(shù)，里面還會繼續(xù)調(diào)用深層次的中斷處理函數(shù)
• action ：action鏈表，就是用戶注冊的中斷處理函數(shù)，也就是深層次的中斷處理函數(shù)最后會被調(diào)用

irq_data

struct irq_data {
 u32   mask;
 unsigned int  irq;
 unsigned long  hwirq;
 unsigned int  node;
 unsigned int  state_use_accessors;
 struct irq_chip  *chip;
 struct irq_domain *domain;
#ifdef CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
 struct irq_data  *parent_data;
#endif
 void   *handler_data;
 void   *chip_data;
 struct msi_desc  *msi_desc;
 cpumask_var_t  affinity;
};

• irq ：linux irq
• hwirq ：設備樹指定的在此中斷控制器的硬件中斷號
• irq_chip ：代表一個中斷控制器，包含了一個中斷控制器的方法，比如在自己這個層次屏蔽的中斷方法，打開中斷方法，要注意，是在自己的層次。
• irq_domain ： 每一個中斷控制器都有的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保存linux irq 和硬件irq號的對應關系，可以想象到中斷控制器就是通過一個硬件irq和一個irq_domian找到linux irq進而找到irq_desc

四、中斷情景分析

有了上面的鋪墊勉強可以進行中斷的情景分析

按鍵中斷：

當按鍵產(chǎn)生一個中斷，中斷源是按鍵，中斷會途徑GPIO 1號中斷、GIC的5號中斷，最后到GIC 122號中斷CPU。

但是，軟件處理是返回來的：

1. CPU被中斷后，跳到中斷向量表中執(zhí)行GIC驅(qū)動定義的中斷處理函數(shù)，發(fā)現(xiàn)是122號中斷產(chǎn)生
2. 因為GPC和GIC的級聯(lián)是一對一的關系，因為也就直接知道了是GIC的5號中斷產(chǎn)生，因此很重要的一點是，GPC的驅(qū)動程序無需分辨是哪個中斷產(chǎn)生。
3. 那么現(xiàn)在轉(zhuǎn)到了GPIO的驅(qū)動程序，已知是GPIO控制器導致了GPC的5號中斷產(chǎn)生，那么具體是哪個GPIO產(chǎn)生了中斷呢？根據(jù)GPIO控制器的linux irq找到irq_desc，調(diào)用其中斷處理函數(shù)，需要在GPIO的驅(qū)動程序提供的中斷處理函數(shù)作分辨，這里稱為handler A，讀出寄存器是GPIO控制器的1信號發(fā)生了中斷，那么在handler A中繼續(xù)調(diào)用按鍵驅(qū)動程序的中斷處理函數(shù)。
4. 最后到了按鍵的中斷處理函數(shù)，這里就是用戶為設備注冊的最后的中斷處理函數(shù)，比如按鍵按下了點燈
5. 整個過程就是中斷上下文

對于定時器中斷：

當定時器產(chǎn)生一個中斷，中斷源是定時器，中斷會途徑GPC 128號中斷最后到底GIC的128號中斷，最后GIC再中斷CPU。

但是，軟件處理是返回來的：

1. CPU被中斷后，跳到中斷向量表中執(zhí)行GIC驅(qū)動定義的中斷處理函數(shù)發(fā)現(xiàn)是128號中斷產(chǎn)生
2. 因為GPC和GIC的級聯(lián)是一對一的關系，因為也就直接知道了是GIC的128號中斷產(chǎn)生。
3. 最后因為定時器并不是一個中斷控制器，已經(jīng)是最后一層了，就直接調(diào)用定時器的中斷處理函數(shù)，比如線程調(diào)度（需要看這個定時器是不是作為arch timer）