Linux中PowerPC的中断原理分析


在了解中断处理机制前，先看一下PowerPC的中断源，这里使用的是e300c3的内核，从E300核的角度，中断源可分为异常和外部中断，异常是e300内核产生的，如出现非法指令，或者是访问存储器时出现TLB Miss等情况。这种情况太复杂了，没有深究，这里所说的中断为外部中断。所谓外部中断，就是通过e300外部引脚产生的中断。E300的外部中断主要有：int#, cint#, mcp#. 这三根pin分别对应一般中断，critical中断和machine check中断。

在设备驱动过程中，用户可以使用request_irq函数将外设的中断服务例程挂载到外部中断处理程序中。外部中断处理程序，可以直接处理硬件中断，但是request_irq函数试用软件中断号进行挂载，因此linux必然采用了某种方式进行软硬件中断的映射。

这里需要了解下中断向量表的概念，就是它将软件中断号与硬件中断号联系起来，在系统中，中断源有很多，当某一种中断发生时，处理器最早进入的是处理函数的地址，就是中断向量。每种类型对应一个中断向量号，一系列的中断号构成中断向量表。比如驱动程序关心的外部中断，当这种中断发生时，处理器内核(e300)就会到指定寄存器中去取得中断处理函数的入口地址。

硬件中断号是当中断发生时，处理器从外部的PIC(Programable Interrupt Controller)上读到的数值。因为在PowerPC Linux中有dts的概念，驱动程序员需要知道自己所负责的设备对应的device node上的interrupt项如何写的问题，这里的interrupt上的数字就是硬件中断号。在Linux系统初始化期间，通过对PIC的配置，可以将硬件的连接转化成相应的硬件中断号，例如，8315上的8根外设中断线IRQ0~IRQ7，可以通过PIC的配置，分别映射成的硬件中断号为10~18，那么当IRQ0上有中断请求时，处理器通过读取PIC，就得到P1所对应的硬件中断号为10。这些都是硬件层面的东西，当驱动程序安装它们的中断处理程序时，是基于软件中断号的，也就是内核函数request_irq中的参数irq是个软件中断号。

软件中断号是Linux下的概念，为了支持多平台的关系，Linux不直接用硬件中断号索引irq_desc。所以当外部中断发生时，在外部中断入口函数中会通过读取PIC来获得本次中断的硬件中断号，获得硬件中断号后，会将其映射成对应的软件中断号来索引irq_desc数组，从而获得该软件中断号上的中断处理函数。显然，这种硬件中断号到软件中断号的映射关系，应该在设备可以处理中断前就要建立好了。在Linux PowerPC中，这种映射关系是由函数irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)来完成的。

注意：在8315中，关于MSI的硬件中断号，可以在系统全局中断向量寄存器SIVCR中查询。另外，其实，如果没有软件中断号，设备驱动程序也能以硬件中断号作索引挂载处理程序，从功能上说没有任何问题。软件中断号的引入，是为了硬件中断号对OS透明。这样处理能减少OS对硬件平台的依赖性。

下面贴些内核的代码，方便细细分析：

linux使用结构体struct irq_map_entry irq_map[NR_IRQS]完成软件与硬件的中断号映射，一般系统自动查找可用的软件号以对应请求的硬件中断号。

在使用open firmware的系统中，驱动程序在执行ruquest_irq之前要先进行软硬件中断号的映射，具体通过函数:

irq_of_parse_and_map(struct device_node * dev, int index);

实现，具体函数调用过程如下：

irq_create_of_mapping(struct device_node * controller, u32 * inspec, unsigned int intsize);

irq_create_mapping(struct irq_host *host, irq_hw_number_t hwirq);

程序除了进行软硬件中断号的映射外还需要初始后相应结构。

下面看看与中断相关的另外几个主要数据结构：

1、结构体：struct irq_desc（include/linux/irq.h）

  1. struct irq_desc {  
  2.     unsigned int        irq;  
  3.     struct timer_rand_state *timer_rand_state;  
  4.     unsigned int            *kstat_irqs;  
  5. #ifdef CONFIG_INTR_REMAP   
  6.     struct irq_2_iommu      *irq_2_iommu;  
  7. #endif   
  8.     irq_flow_handler_t  handle_irq;  
  9.     struct irq_chip     *chip;  
  10.     struct msi_desc     *msi_desc;  
  11.     void            *handler_data;  
  12.     void            *chip_data;  
  13.     struct irqaction    *action;    /* IRQ action list */  
  14.     unsigned int        status;     /* IRQ status */  
  15.   
  16.     unsigned int        depth;      /* nested irq disables */  
  17.     unsigned int        wake_depth; /* nested wake enables */  
  18.     unsigned int        irq_count;  /* For detecting broken IRQs */  
  19.     unsigned long       last_unhandled; /* Aging timer for unhandled count */  
  20.     unsigned int        irqs_unhandled;  
  21.     raw_spinlock_t      lock;  
  22. #ifdef CONFIG_SMP   
  23.     cpumask_var_t       affinity;  
  24.     const struct cpumask    *affinity_hint;  
  25.     unsigned int        node;  
  26. #ifdef CONFIG_GENERIC_PENDING_IRQ   
  27.     cpumask_var_t       pending_mask;  
  28. #endif   
  29. #endif   
  30.     atomic_t        threads_active;  
  31.     wait_queue_head_t       wait_for_threads;  
  32. #ifdef CONFIG_PROC_FS   
  33.     struct proc_dir_entry   *dir;  
  34. #endif   
  35.     const char      *name;  
  36. } ____cacheline_internodealigned_in_smp;  

这个结构体用来描述中断源，是用来连接硬件中断和驱动程序中通过request_irq注册的中断处理函数之间的桥梁。数组irq_desc[NR_IRQS](NR_IRQS＝225)中每一项都对应一个相应的中断源，他的每一项对应着中断向量表中的一项，即该数组的第一项对应着中断向量表中的第32项（中断向量号为0x20），往下依次对应。中断向量表一共有256项。

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