GIC驱动程序分析

Posted 韦东山

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了GIC驱动程序分析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。


参考资料:

1. 回顾GIC中断处理流程

使用逐步演进的方法才能形象地理解。

1.1 一级中断控制器处理流程

对于irq_desc,内核有两种分配方法:

  • 一次分配完所有的irq_desc
  • 按需分配(用到某个中断才分配它的irq_desc

现在的内核基本使用第1种方法。

  • 假设GIC可以向CPU发出161019号中断,这些数字被称为hwirq。015用于Process之间通信,比较特殊。
  • 假设要使用UART模块,它发出的中断连接到GIC的32号中断,分配的irq_desc序号为16
  • 在GIC domain中会记录(32, 16)
  • 那么注册中断时就是:request_irq(16, ...)
  • 发生UART中断时
    • 程序从GIC中读取寄存器知道发生了32号中断,通过GIC irq_domain可以知道virq为16
    • 调用irq_desc[16]中的handleA函数,它的作用是调用action链表中用户注册的函数

1.2 多级中断控制器处理流程

  • 假设GPIO模块下有4个引脚,都可以产生中断,都连接到GIC的33号中断
  • GPIO也可以看作一个中断控制器,对于它的4个中断
  • 对于GPIO模块中0~3这四个hwirq,一般都会一下子分配四个irq_desc
  • 假设这4个irq_desc的序号为100~103,在GPIO domain中记录(0,100) (1,101)(2,102) (3,103)
  • 对于KEY,注册中断时就是:request_irq(102, ...)
  • 按下KEY时:
    • 程序从GIC中读取寄存器知道发生了33号中断,通过GIC irq_domain可以知道virq为16
    • 调用irq_desc[16]中的handleB函数
      • handleB读取GPIO寄存器,确定是GPIO里2号引脚发生中断
      • 通过GPIO irq_domain可以知道virq为102
      • 调用irq_desc[102]中的handleA函数,它的作用是调用action链表中用户注册的函数

2. GIC中的重要函数和结构体

沿着中断的处理流程,GIC涉及这4个重要部分:

  • CPU从异常向量表中调用handle_arch_irq,这个函数指针是有GIC驱动设置的
    • GIC才知道怎么判断发生的是哪个GIC中断
  • 从GIC获得hwirq后,要转换为virq:需要有GIC Domain
  • 调用irq_desc[virq].handle_irq函数:这也应该由GIC驱动提供
  • 处理中断时,要屏蔽中断、清除中断等:这些函数保存在irq_chip里,由GIC驱动提供

从硬件上看,GIC的功能是什么?

  • 可以使能、屏蔽中断
  • 发生中断时,可以从GIC里判断是哪个中断

在内核里,使用gic_chip_data结构体表示GIC,gic_chip_data里有什么?

  • irq_chip:中断使能、屏蔽、清除,放在irq_chip中的各个函数里实现

  • irq_domain

    • 申请中断时
      • 在设备树里指定hwirq、flag,可以使用irq_domain的函数来解析设备树
      • 根据hwirq可以分配virq,把(hwirq, virq)存入irq_domain中
    • 发生中断时,从GIC读出hwirq,可以通过irq_domain找到virq,从而找到处理函数

所以,GIC用gic_chip_data来表示,gic_chip_data中重要的成员是:irq_chip、irq_domain。

3. GIC初始化过程

start_kernel (init\\main.c)
    init_IRQ (arch\\arm\\kernel\\irq.c)
    	irqchip_init (drivers\\irqchip\\irqchip.c)
    		of_irq_init (drivers\\of\\irq.c)
    			desc->irq_init_cb = match->data;

                ret = desc->irq_init_cb(desc->dev,
                            desc->interrupt_parent);

2.1 内核支持多种GIC

按照设备树的套路:

  • 驱动程序注册platform_driver
  • 它的of_match_table里有多个of_device_id,表示能支持多个设备
  • 有多种版本的GIC,在内核为每一类GIC定义一个结构体of_device_id,并放在一个段里:
// drivers\\irqchip\\irq-gic.c
IRQCHIP_DECLARE(gic_400, "arm,gic-400", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(arm11mp_gic, "arm,arm11mp-gic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(arm1176jzf_dc_gic, "arm,arm1176jzf-devchip-gic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(cortex_a15_gic, "arm,cortex-a15-gic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(cortex_a9_gic, "arm,cortex-a9-gic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(cortex_a7_gic, "arm,cortex-a7-gic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(msm_8660_qgic, "qcom,msm-8660-qgic", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(msm_qgic2, "qcom,msm-qgic2", gic_of_init);
IRQCHIP_DECLARE(pl390, "arm,pl390", gic_of_init);

把宏IRQCHIP_DECLARE展开:

// include\\linux\\irqchip.h
#define IRQCHIP_DECLARE(name, compat, fn) OF_DECLARE_2(irqchip, name, compat, fn)

#define OF_DECLARE_2(table, name, compat, fn) \\
		_OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_2)

#define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)			\\
	static const struct of_device_id __of_table_##name		\\
		__used __section(__irqchip_of_table)			\\
		 = { .compatible = compat,				\\
		     .data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn  }

展开示例:

IRQCHIP_DECLARE(cortex_a7_gic, "arm,cortex-a7-gic", gic_of_init);
展开后得到:
static const struct of_device_id __of_table_cortex_a7_gic		\\
	__used __section(__irqchip_of_table)			\\
	 = { .compatible = "arm,cortex-a7-gic",				\\
		 .data = gic_of_init  }

2.2 在设备树里指定GIC

在设备树中指定GIC,内核驱动程序根据设备树来选择、初始化GIC。

drivers\\irqchip\\irqchip.c中并没有定义一个platform_driver,但是套路是一样的。

调用过程:

of_irq_init:

  • 内核有一个__irqchip_of_table数组,里面有多个of_device_id,表示多种GIC
  • 要使用哪类GIC?在设备树里指定
  • 根据设备树,找到__irqchip_of_table树组中对应的项,调用它的初始化函数
    • IRQCHIP_DECLARE(cortex_a7_gic, "arm,cortex-a7-gic", gic_of_init);

2.3 gic_of_init分析

看视频

3. 申请GIC中断

3.1 在设备树里指定中断

3.2 内核对设备树的处理

函数调用过程如下,使用图片形式可以一目了然:

函数调用过程如下,使用文字格式方便复制:

  • 为设备树节点分配设备

      of_device_alloc (drivers/of/platform.c)
          dev = platform_device_alloc("", -1);  // 分配 platform_device   
          num_irq = of_irq_count(np);  // 计算中断数    
      	
      	// drivers/of/irq.c, 根据设备节点中的中断信息, 构造中断资源
      	of_irq_to_resource_table(np, res, num_irq) 
              of_irq_to_resource // drivers\\of\\irq.c
              	int irq = irq_of_parse_and_map(dev, index);  // 获得virq, 中断号
    
  • 解析设备树映射中断: irq_of_parse_and_map

    // drivers/of/irq.c, 解析设备树中的中断信息, 保存在of_phandle_args结构体中
    of_irq_parse_one(dev, index, &oirq)
    
    // kernel/irq/irqdomain.c, 创建中断映射
    irq_create_of_mapping(&oirq);             
    	irq_create_fwspec_mapping(&fwspec);
    		// 调用irq_domain->ops的translate或xlate,把设备节点里的中断信息解析为hwirq, type
    		irq_domain_translate(domain, fwspec, &hwirq, &type)  
    		
    		// 看看这个hwirq是否已经映射, 如果virq非0就直接返回
    		virq = irq_find_mapping(domain, hwirq); 
    		
    		// 否则创建映射	
    		if (irq_domain_is_hierarchy(domain)) {
    			// 返回未占用的virq
    			// 并用irq_domain->ops->alloc函数设置irq_desc
    			virq = irq_domain_alloc_irqs(domain, 1, NUMA_NO_NODE, fwspec);
    			if (virq <= 0)
    				return 0;
    		} else {
    			/* Create mapping */
    			// 返回未占用的virq
    			// 并通过irq_domain_associate调用irq_domain->ops->map设置irq_desc
    			virq = irq_create_mapping(domain, hwirq);
      		if (!virq)
    				return virq;
    		}
    

4. GIC中断处理流程源码分析

看视频。

以上是关于GIC驱动程序分析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

GIC驱动程序对中断的处理流程

linux kernel的中断子系统之:GIC代码分析

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