Linux如何及时响应外部中断

FPGA每隔100us给运行linux的ARM一个中断，要求在20us内响应中断，并读走2000*16bit的数据。

目前主要的问题是，当系统同时发生多个中断时，会严重影响linux对FPGA中断的响应时间。如何解决？

1、首先想到了ARM的FIQ，它可以打断IRQ中断服务程序，保证对外部FIQ的及时响应。但是发现linux只实现了IRQ，没有显示FIQ。

linux是从devicetree读取中断号，加入中断向量表的。

interrupts = <0x0 0x32 0x0>中的第一个字段0表示非共享中断，非零表示共享中断，SDK产生的dts统一为0，此时第二字段的值比XPS中的小32；如果第一字段非零，则第二字段比XPS小16.

最后字段表示中断的触发方式。

IRQ_TYPE_EDGE_RISING=0x00000001,

IRQ_TYPE_EDGE_FALLING=0x00000002,

IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH=0x00000004,

IRQ_TYPE_LEVEL_LOW=0x00000008,

很明显，devicetree根本没有提供通知linux有FIQ的渠道。

2、再来看linux的IRQ

linux的中断分为上半部和下半部，上半部运行在IRQ模式，会屏蔽所有中断，下半部运行在SVC模式，会重新打开中断。

也就是说，当一个中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），FPGA的中断是不能被linux响应的；

反过来，当FPGA中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），其他的中断也不能被linux响应；

unsigned long flags

...

local_irq_save(flags)

....

local_irq_restore(flags)

3.

ARM有七种模式，我们这里只讨论SVC、IRQ和FIQ模式。

我们可以假设ARM核心有两根中断引脚（实际上是看不见的），一根叫 irq pin, 一根叫fiq pin.

在ARM的cpsr中，有一个I位和一个F位，分别用来禁止IRQ和FIQ的。

先不说中断控制器，只说ARM核心。正常情况下，ARM核都只是机械地随着pc的指示去做事情，当CPSR中的I和F位为1的时候，IRQ和FIQ全部处于禁止状态。无论你在irq

pin和fiq pin上面发什么样的中断信号，ARM是不会理你的，你根本不能打断他，因为他耳聋了，眼也瞎了。

在I位和F位为0的时候，当irq

pin上有中断信号过来的时候，就会打断arm的当前工作，并且切换到IRQ模式下，并且跳到相应的异常向量表（vector)位置去执行代码。这个过程是自动的，但是返回到被中断打断的地方就得您亲自动手了。当你跳到异常向量表，处于IRQ的模式的时候，这个时候如果irq

pin上面又来中断信号了，这个时候ARM不会理你的，irq

pin就跟秘书一样，ARM核心就像老板，老板本来在做事，结果来了一个客户，秘书打断它，让客户进去了。而这个时候再来一个客户，要么秘书不断去敲门问，要么客户走人。老板第一个客户没有会见完，是不会理你的。

但是有一种情况例外，当ARM处在IRQ模式，这个时候fiq pin来了一个中断信号，fiq

pin是什么？是快速中断呀，比如是公安局的来查刑事案件，那才不管你老板是不是在会见客户，直接打断，进入到fiq模式下，并且跳到相应的fiq的异常向量表处去执行代码。那如果当ARM处理FIQ模式，fiq

pin又来中断信号，又就是又一批公安来了，那没戏，都是执法人员，你打不断我。那如果这个时候irq

pin来了呢？来了也不理呀，正在办案，还敢来妨碍公务。

所以得出一个结论： IRQ模式只能被FIQ模式打断，FIQ模式下谁也打不断。

在打不断的情况下，irq pin 或 fiq pin随便你怎么发中断信号，都是白发。

所以除了fiq能打断irq以外，根本没有所谓中断嵌套的情况。

Linux不用FIQ,只用到了IRQ。但是我们有时候一个中断需要处理很长时间，那我们就需要占用IRQ模式那么长的时间吗？没有，linux在IRQ模式下只是简单的记录是什么中断，马上就切换回了SVC模式，换句话说，Linux的中断处理都是在SVC模式下处理的。

只不过SVC模式下的ISR上半部关闭了当前中断线，下半部才重新打开

中断分软中断跟硬中断，硬中断是由硬件从外部触发，软中断由软件触发，就像linux系统调用int 80一样。至于中断的上下部其实就是因为中断的处理时间跟它的优先级不一定成正比，所以一般先处理中断最重要的部分（上半部），待到不怎么忙的时候，再来处理比较悠闲的部分（下半部）。就像输入的时候，拿到键盘输入的是什么才是最重要的（上半部），显示字符才是次要的（下半部）。

在系统结构中，CPU工作的模式有两种，一种是中断，由各种设备发起；一种是轮询，由CPU主动发起。

中断IRQ:

中断允许让设备（如键盘，串口卡，并口等设备）表明它们需要CPU。一旦CPU接收了中断请求，CPU就会暂时停止执行正在运行的程序，并且调用一个称为中断处理器或中断服务程序（interrupt service routine）的特定程序。CPU处理完中断后，就会恢复执行之前被中断的程序。

中断分类：

硬中断+软中断

硬中断：

①非屏蔽中断：不能被屏蔽，硬件发生的错误：内存错误，风扇故障，温度传感器故障等。

②可屏蔽中断：可被CPU忽略或延迟处理。当缓存控制器的外部针脚被触发的时候就会产生这种类型的中断，而中断屏蔽寄存器就会将这样的中断屏蔽掉。我们可以将一个比特位设置为0，来禁用在此针脚触发的中断。

软中断：

是软件实现的中断,也就是程序运行时其他程序对它的中断而硬中断是硬件实现的中断,是程序运行时设备对它的中断。

CPU之间的中断处理（IPI）

处理器间中断允许一个CPU向系统其他的CPU发送中断信号，处理器间中断（IPI）不是通过IRQ线传输的，而是作为信号直接放在连接所有CPU本地APIC的总线上。

CALL_FUNCTION_VECTOR （向量0xfb）

发往所有的CPU，但不包括发送者，强制这些CPU运行发送者传递过来的函数，相应的中断处理程序叫做call_function_interrupt()，例如，地址存放在群居变量call_data中来传递的函数，可能强制其他所有的CPU都停止，也可能强制它们设置内存类型范围寄存器的内容。通常，这种中断发往所有的CPU，但通过smp_call_function()执行调用函数的CPU除外。

RESCHEDULE_VECTOR （向量0xfc）

当一个CPU接收这种类型的中断时，相应的处理程序限定自己来应答中断，当从中断返回时，所有的重新调度都自动运行。

INVALIDATE_TLB_VECTOR （向量0xfd）

发往所有的CPU，但不包括发送者，强制它们的转换后援缓冲器TLB变为无效。相应的处理程序刷新处理器的某些TLB表项。

---