本文基于 RockPI 4A 单板Linux4.4内核介绍中断调用流程。
ARMv8包括两种运行状态:AArch64和AArch32。
AArch64中不再使用AArch32中的7种特权模式,而是提出了Exception Levels的概念,包括:
1)EL0:用于用户态程序,权限最低
2)EL1:给内核使用,权限稍高
3)EL2:虚拟化相关,权限更高
4)EL3:安全相关,权限最高
Linux内核中一般只使用EL0和EL1。
AArch64异常向量表中的异常包括:
1)Synchronous exception(同步异常)
2)SError
3)IRQ
4)FIQ
注:SError、IRQ和FIQ属于异步异常。
在Linux内核中,在 arch/arm64/kernel/entry.S 文件中定义了异常向量表,内容如下:
选取 el1_irq() 函数介绍Linux内核中断的调用流程。
文件: arch/arm64/kernel/entry.S ,调用流程如下:
1、handle_irq()初始化
在 DTS 解析阶段完成 handle_irq() 函数的初始化,流程如下:
gic_irq_domain_map() 函数中完成了 handle_irq() 函数的赋值,具体执行如下:
2、handle_irq()实现
以共享外设中断 SPI 的中断处理函数 handle_fasteoi_irq() 为例,继续跟踪中断的执行过程。
handle_irq_event_percpu() 函数会调用已经注册的中断处理函数,同时唤醒 irq_thread 线程。
3、中断处理线程
在使用 request_threaded_irq() 函数申请中断时,会创建一个 irq_thread 线程,调用流程如下:
irq_thread 线程平时在睡眠状态,等待 handle_irq_event_percpu() 函数唤醒,进一步执行已注册的中断处理线程函数。
使用 DRM 框架中 HDMI 中断验证中断调用流程。
文件: drivers\gpu\drm\bridge\synopsys\dw-hdmi.c
在中断处理函数 dw_hdmi_hardirq() 和中断处理线程函数 dw_hdmi_irq 中增加 dump_stack() 调用( 注:仅限于调试验证 )。
插入 HDMI 线,系统启动后,显示中断调用流程的日志如下:
和
设备与处理器之间的工作通常来说是异步,设备数据要传递给处理器通常来说有以下几种方法:轮询、等待和中断。
让CPU进行轮询等待总是不能让人满意,所以通常都采用中断的形式,让设备来通知CPU读取数据。
2.6内核的函数参数与现在的参数有所区别,这里都主要介绍概念,具体实现方法需要结合具体的内核版本。
request_irq函数申请中断,返回0表示申请成功,其他返回值表示申请失败,其具体参数解释如下:
flags 掩码可以使用以下几个:
快速和慢速处理例程 :现代内核中基本没有这两个概念了,使用SA_INTERRUPT位后,当中断被执行时,当前处理器的其他中断都将被禁止。通常不要使用SA_INTERRUPT标志位,除非自己明确知道会发生什么。
共享中断 :使用共享中断时,一方面要使用SA_SHIRQ位,另一个是request_irq中的dev_id必须是唯一的,不能为NULL。这个限制的原因是:内核为每个中断维护了一个共享处理例程的列表,例程中的dev_id各不相同,就像设备签名。如果dev_id相同,在卸载的时候引起混淆(卸载了另一个中断),当中断到达时会产生内核OOP消息。
共享中断需要满足以下一个条件才能申请成功:
当不需要使用该中断时,需要使用free_irq释放中断。
通常我们会在模块加载的时候申请安装中断处理例程,但书中建议:在设备第一次打开的时候安装,在设备最后一次关闭的时候卸载。
如果要查看中断触发的次数,可以查看 /proc/interrupts 和 /proc/stat。
书中讲述了如何自动检测中断号,在嵌入式开发中通常都是查看原理图和datasheet来直接确定。
自动检测的原理如下:驱动程序通知设备产生中断,然后查看哪些中断信号线被触发了。Linux提供了以下方法来进行探测:
探测工作耗时较长,建议在模块加载的时候做。
中断处理函数和普通函数其实差不多,唯一的区别是其运行的中断上下文中,在这个上下文中有以下注意事项:
中断处理函数典型用法如下:
中断处理函数的参数和返回值含义如下:
返回值主要有两个:IRQ_NONE和IRQ_HANDLED。
对于中断我们是可以进行开启和关闭的,Linux中提供了以下函数 *** 作单个中断的开关:
该方法可以在所有处理器上禁止或启用中断。
需要注意的是:
如果要关闭当前处理器上所有的中断,则可以调用以下方法:
local_irq_save 会将中断状态保持到flags中,然后禁用处理器上的中断;如果明确知道中断没有在其他地方被禁用,则可以使用local_irq_disable,否则请使用local_irq_save。
locat_irq_restore 会根据上面获取到flags来恢复中断;local_irq_enable 会无条件打开所有中断。
在中断中需要做一些工作,如果工作内容太多,必然导致中断处理所需的时间过长;而中断处理又要求能够尽快完成,这样才不会影响正常的系统调度,这两个之间就产生了矛盾。
现在很多 *** 作系统将中断分为两个部分来处理上面的矛盾:顶半部和底半部。
顶半部就是我们用request_irq来注册的中断处理函数,这个函数要求能够尽快结束,同时在其中调度底半部,让底半部在之后来进行后续的耗时工作。
顶半部就不再说明了,就是上面的中断处理函数,只是要求能够尽快处理完成并返回,不要处理耗时工作。
底半部通常使用tasklet或者工作队列来实现。
tasklet的特点和注意事项:
工作队列的特点和注意事项:
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