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1. 中斷流控層簡(jiǎn)介

早期的內(nèi)核版本中，幾乎所有的中斷都是由__do_IRQ函數(shù)進(jìn)行處理，但是，因?yàn)楦鞣N中斷請(qǐng)求的電氣特性會(huì)有所不同，又或者中斷控制器的特性也不同，這會(huì)導(dǎo)致以下這些處理也會(huì)有所不同：

何時(shí)對(duì)中斷控制器發(fā)出ack回應(yīng)；
mask_irq和unmask_irq的處理；
中斷控制器是否需要eoi回應(yīng)？
何時(shí)打開cpu的本地irq中斷？以便允許irq的嵌套；
中斷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同步和保護(hù)；

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為此，通用中斷子系統(tǒng)把幾種常用的流控類型進(jìn)行了抽象，并為它們實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，我們只要選擇相應(yīng)的函數(shù)，賦值給irq所對(duì)應(yīng)的irq_desc結(jié)構(gòu)的handle_irq字段中即可。這些標(biāo)準(zhǔn)的回調(diào)函數(shù)都是irq_flow_handler_t類型：

[cpp]view plaincopy

typedefvoid(*irq_flow_handler_t)(unsignedintirq,
structirq_desc*desc);

目前的通用中斷子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下這些標(biāo)準(zhǔn)流控回調(diào)函數(shù)，這些函數(shù)都定義在：kernel/irq/chip.c中，

handle_simple_irq 用于簡(jiǎn)易流控處理；
handle_level_irq 用于電平觸發(fā)中斷的流控處理；
handle_edge_irq 用于邊沿觸發(fā)中斷的流控處理；
handle_fasteoi_irq 用于需要響應(yīng)eoi的中斷控制器；
handle_percpu_irq 用于只在單一cpu響應(yīng)的中斷；
handle_nested_irq 用于處理使用線程的嵌套中斷；

驅(qū)動(dòng)程序和板級(jí)代碼可以通過以下幾個(gè)API設(shè)置irq的流控函數(shù)：

irq_set_handler();
irq_set_chip_and_handler();
irq_set_chip_and_handler_name();

以下這個(gè)序列圖展示了整個(gè)通用中斷子系統(tǒng)的中斷響應(yīng)過程，flow_handle一欄就是中斷流控層的生命周期：

圖1.1 通用中斷子系統(tǒng)的中斷響應(yīng)過程

2. handle_simple_irq

該函數(shù)沒有實(shí)現(xiàn)任何實(shí)質(zhì)性的流控操作，在把irq_desc結(jié)構(gòu)鎖住后，直接調(diào)用handle_irq_event處理irq_desc中的action鏈表，它通常用于多路復(fù)用（類似于中斷控制器級(jí)聯(lián)）中的子中斷，由父中斷的流控回調(diào)中調(diào)用?；蛘哂糜跓o需進(jìn)行硬件控制的中斷中。以下是它的經(jīng)過簡(jiǎn)化的代碼：

[cpp]view plaincopy

void
handle_simple_irq(unsignedintirq,structirq_desc*desc)
{
raw_spin_lock(&desc->lock);
......
handle_irq_event(desc);

out_unlock:
raw_spin_unlock(&desc->lock);
}

3. handle_level_irq

該函數(shù)用于處理電平中斷的流控操作。電平中斷的特點(diǎn)是，只要設(shè)備的中斷請(qǐng)求引腳（中斷線）保持在預(yù)設(shè)的觸發(fā)電平，中斷就會(huì)一直被請(qǐng)求，所以，為了避免同一中斷被重復(fù)響應(yīng)，必須在處理中斷前先把mask irq，然后ack irq，以便復(fù)位設(shè)備的中斷請(qǐng)求引腳，響應(yīng)完成后再unmask irq。實(shí)際的情況稍稍復(fù)雜一點(diǎn)，在mask和ack之后，還要判斷IRQ_INPROGRESS標(biāo)志位，如果該標(biāo)志已經(jīng)置位，則直接退出，不再做實(shí)質(zhì)性的處理，IRQ_INPROGRESS標(biāo)志在handle_irq_event的開始設(shè)置，在handle_irq_event結(jié)束時(shí)清除，如果監(jiān)測(cè)到IRQ_INPROGRESS被置位，表明該irq正在被另一個(gè)CPU處理中，所以直接退出，對(duì)電平中斷來說是正確的處理方法。但是我覺得在ARM系統(tǒng)中，這種情況根本就不會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵跊]有進(jìn)入handle_level_irq之前，中斷控制器沒有收到ack通知，它不會(huì)向第二個(gè)CPU再次發(fā)出中斷請(qǐng)求，而當(dāng)程序進(jìn)入handle_level_irq之后，第一個(gè)動(dòng)作就是mask irq，然后ack irq（通常是聯(lián)合起來的：mask_ack_irq），這時(shí)候就算設(shè)備再次發(fā)出中斷請(qǐng)求，也是在handle_irq_event結(jié)束，unmask irq之后，這時(shí)IRQ_INPROGRESS標(biāo)志已經(jīng)被清除。我不知道其他像X86之類的體系是否有不同的行為，有知道的朋友請(qǐng)告知我一下。以下是handle_level_irq經(jīng)過簡(jiǎn)化之后的代碼：

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void
handle_level_irq(unsignedintirq,structirq_desc*desc)
{
raw_spin_lock(&desc->lock);
mask_ack_irq(desc);

if(unlikely(irqd_irq_inprogress(&desc->irq_data)))
gotoout_unlock;
......

if(unlikely(!desc->action||irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)))
gotoout_unlock;

handle_irq_event(desc);

if(!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)&&!(desc->istate&IRQS_ONESHOT))
unmask_irq(desc);
out_unlock:
raw_spin_unlock(&desc->lock);
}

雖然handle_level_irq對(duì)電平中斷的流控進(jìn)行了必要的處理，因?yàn)殡娖街袛嗟奶匦裕褐灰獩]有ack irq，中斷線會(huì)一直有效，所以我們不會(huì)錯(cuò)過某次中斷請(qǐng)求，但是驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)人員如果對(duì)該過程理解不透徹，特別容易發(fā)生某次中斷被多次處理的情況。特別是使用了中斷線程（action->thread_fn）來響應(yīng)中斷的時(shí)候：通常mask_ack_irq只會(huì)清除中斷控制器的pending狀態(tài)，很多慢速設(shè)備（例如通過i2c或spi控制的設(shè)備）需要在中斷線程中清除中斷線的pending狀態(tài)，但是未等到中斷線程被調(diào)度執(zhí)行的時(shí)候，handle_level_irq早就返回了，這時(shí)已經(jīng)執(zhí)行過unmask_irq，設(shè)備的中斷線pending處于有效狀態(tài)，中斷控制器會(huì)再次發(fā)出中斷請(qǐng)求，結(jié)果是設(shè)備的一次中斷請(qǐng)求，產(chǎn)生了兩次中斷響應(yīng)。要避免這種情況，最好的辦法就是不要單獨(dú)使用中斷線程處理中斷，而是要實(shí)現(xiàn)request_threaded_irq()的第二個(gè)參數(shù)irq_handler_t：handler，在handle回調(diào)中使用disable_irq()關(guān)閉該irq，然后在退出中斷線程回調(diào)前再enable_irq()。假設(shè)action->handler沒有屏蔽irq，以下這幅圖展示了電平中斷期間IRQ_PROGRESS標(biāo)志、本地中斷狀態(tài)和觸發(fā)其他CPU的狀態(tài)：

圖3.1 電平觸發(fā)中斷狀態(tài)
上圖中顏色分別代表不同的狀態(tài)：

狀態(tài)	紅色	綠色
IRQ_PROGRESS	TRUE	FALSE
是否允許本地cpu中斷	禁止	允許
是否允許該設(shè)備再次觸發(fā)中斷（可能由其它c(diǎn)pu響應(yīng)）	禁止	允許

4. handle_edge_irq

該函數(shù)用于處理邊沿觸發(fā)中斷的流控操作。邊沿觸發(fā)中斷的特點(diǎn)是，只有設(shè)備的中斷請(qǐng)求引腳（中斷線）的電平發(fā)生跳變時(shí)（由高變低或者有低變高），才會(huì)發(fā)出中斷請(qǐng)求，因?yàn)樘兪且凰查g，而且不會(huì)像電平中斷能保持住電平，所以處理不當(dāng)就特別容易漏掉一次中斷請(qǐng)求，為了避免這種情況，屏蔽中斷的時(shí)間必須越短越好。內(nèi)核的開發(fā)者們顯然意識(shí)到這一點(diǎn)，在正是處理中斷前，判斷IRQ_PROGRESS標(biāo)志沒有被設(shè)置的情況下，只是ack irq，并沒有mask irq，以便復(fù)位設(shè)備的中斷請(qǐng)求引腳，在這之后的中斷處理期間，另外的cpu可以再次響應(yīng)同一個(gè)irq請(qǐng)求，如果IRQ_PROGRESS已經(jīng)置位，表明另一個(gè)CPU正在處理該irq的上一次請(qǐng)求，這種情況下，他只是簡(jiǎn)單地設(shè)置IRQS_PENDING標(biāo)志，然后mask_ack_irq后退出，中斷請(qǐng)求交由原來的CPU繼續(xù)處理。因?yàn)槭莔ask_ack_irq，所以系統(tǒng)實(shí)際上只允許掛起一次中斷。

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if(unlikely(irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)||
irqd_irq_inprogress(&desc->irq_data)||!desc->action)){
if(!irq_check_poll(desc)){
desc->istate|=IRQS_PENDING;
mask_ack_irq(desc);
gotoout_unlock;
}
}

desc->irq_data.chip->irq_ack(&desc->irq_data);

從上面的分析可以知道，處理中斷期間，另一次請(qǐng)求可能由另一個(gè)cpu響應(yīng)后掛起，所以在處理完本次請(qǐng)求后還要判斷IRQS_PENDING標(biāo)志，如果被置位，當(dāng)前cpu要接著處理被另一個(gè)cpu“委托”的請(qǐng)求。內(nèi)核在這里設(shè)置了一個(gè)循環(huán)來處理這種情況，直到IRQS_PENDING標(biāo)志無效為止，而且因?yàn)榱硪粋€(gè)cpu在響應(yīng)并掛起irq時(shí)，會(huì)mask irq，所以在循環(huán)中要再次unmask irq，以便另一個(gè)cpu可以再次響應(yīng)并掛起irq：

[cpp]view plaincopy

do{
......
if(unlikely(desc->istate&IRQS_PENDING)){
if(!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)&&
irqd_irq_masked(&desc->irq_data))
unmask_irq(desc);
}

handle_irq_event(desc);

}while((desc->istate&IRQS_PENDING)&&
!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data));

IRQS_PENDING標(biāo)志會(huì)在handle_irq_event中清除。

圖4.1 邊沿觸發(fā)中斷狀態(tài)
上圖中顏色分別代表不同的狀態(tài)：

狀態(tài)	紅色	綠色
IRQ_PROGRESS	TRUE	FALSE
是否允許本地cpu中斷	禁止	允許
是否允許該設(shè)備再次觸發(fā)中斷（可能由其它c(diǎn)pu響應(yīng)）	禁止	允許
是否處于中斷上下文	處于中斷上下文	處于進(jìn)程上下文

由圖4.1也可以看出，在處理軟件中斷（softirq）期間，此時(shí)仍然處于中斷上下文中，但是cpu的本地中斷是處于打開狀態(tài)的，這表明此時(shí)嵌套中斷允許發(fā)生，不過這不要緊，因?yàn)橹匾奶幚硪呀?jīng)完成，被嵌套的也只是軟件中斷部分而已。這個(gè)也就是內(nèi)核區(qū)分top和bottom兩個(gè)部分的初衷吧。

5. handle_fasteoi_irq

現(xiàn)代的中斷控制器通常會(huì)在硬件上實(shí)現(xiàn)了中斷流控功能，例如ARM體系中的GIC通用中斷控制器。對(duì)于這種中斷控制器，CPU只需要在每次處理完中斷后發(fā)出一個(gè)end of interrupt（eoi），我們無需關(guān)注何時(shí)mask，何時(shí)unmask。不過雖然想著很完美，事情總有特殊的時(shí)候，所以內(nèi)核還是給了我們插手的機(jī)會(huì)，它利用irq_desc結(jié)構(gòu)中的preflow_handler字段，在正式處理中斷前會(huì)通過preflow_handler函數(shù)調(diào)用該回調(diào)。

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void
handle_fasteoi_irq(unsignedintirq,structirq_desc*desc)
{
raw_spin_lock(&desc->lock);

if(unlikely(irqd_irq_inprogress(&desc->irq_data)))
if(!irq_check_poll(desc))
gotoout;
......
if(unlikely(!desc->action||irqd_irq_disabled(&desc->irq_data))){
desc->istate|=IRQS_PENDING;
mask_irq(desc);
gotoout;
}

if(desc->istate&IRQS_ONESHOT)
mask_irq(desc);

preflow_handler(desc);
handle_irq_event(desc);

out_eoi:
desc->irq_data.chip->irq_eoi(&desc->irq_data);
out_unlock:
raw_spin_unlock(&desc->lock);
return;
......
}

此外，內(nèi)核還提供了另外一個(gè)eoi版的函數(shù)：handle_edge_eoi_irq，它的處理類似于handle_edge_irq，只是無需實(shí)現(xiàn)mask和unmask的邏輯。

6. handle_percpu_irq

該函數(shù)用于smp系統(tǒng)，當(dāng)某個(gè)irq只在一個(gè)cpu上處理時(shí)，我們可以無需用自旋鎖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，也無需處理cpu之間的中斷嵌套重入，所以函數(shù)很簡(jiǎn)單：

[cpp]view plaincopy

void
handle_percpu_irq(unsignedintirq,structirq_desc*desc)
{
structirq_chip*chip=irq_desc_get_chip(desc);

kstat_incr_irqs_this_cpu(irq,desc);

if(chip->irq_ack)
chip->irq_ack(&desc->irq_data);

handle_irq_event_percpu(desc,desc->action);

if(chip->irq_eoi)
chip->irq_eoi(&desc->irq_data);
}

7. handle_nested_irq

該函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)其中一種中斷共享機(jī)制，當(dāng)多個(gè)中斷共享某一根中斷線時(shí)，我們可以把這個(gè)中斷線作為父中斷，共享該中斷的各個(gè)設(shè)備作為子中斷，在父中斷的中斷線程中決定和分發(fā)響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，在得出真正發(fā)出請(qǐng)求的子設(shè)備后，調(diào)用handle_nested_irq來響應(yīng)中斷。所以，該函數(shù)是在進(jìn)程上下文執(zhí)行的，我們也無需掃描和執(zhí)行irq_desc結(jié)構(gòu)中的action鏈表。父中斷在初始化時(shí)必須通過irq_set_nested_thread函數(shù)明確告知中斷子系統(tǒng)：這些子中斷屬于線程嵌套中斷類型，這樣驅(qū)動(dòng)程序在申請(qǐng)這些子中斷時(shí)，內(nèi)核不會(huì)為它們建立自己的中斷線程，所有的子中斷共享父中斷的中斷線程。

[cpp]view plaincopy

voidhandle_nested_irq(unsignedintirq)
{
......
might_sleep();

raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
......
action=desc->action;
if(unlikely(!action||irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)))
gotoout_unlock;

irqd_set(&desc->irq_data,IRQD_IRQ_INPROGRESS);
raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);

action_ret=action->thread_fn(action->irq,action->dev_id);

raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
irqd_clear(&desc->irq_data,IRQD_IRQ_INPROGRESS);

out_unlock:
raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
}

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux中断（interrupt）子系统之三：中断流控处理层【转】的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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