linux系统常见的中断（中断子系统专栏之二）

在上一篇文章中，我们简要分析了中断子系统框架，本章我们将通过实现一个虚拟的中断控制器驱动，说明如何进行中断控制器驱动开发。本章的内容大概分为如下几部分：

一、实现虚拟中断控制器的可行性说明

二、中断控制器驱动的开发流程

三、虚拟中断控制器驱动设计说明

一、实现虚拟中断控制器的可行性说明

在进行虚拟中断控制器的设计之前，我们先说明下LINUX系统中硬件中断触发后的处理过程。如下图所示，当硬件中断触发后，各架构的CPU板级代码经过处理后，大都会调用do_IRQ/generic_handle_irq接口，从而调用具体irq_desc的irq flow handler接口，进行中断处理函数的调用等工作。基于此，我们可以提供操作接口调用generic_handle_irq，从而模拟硬件中断触发，实现中断处理流程的触发操作，这是我们实现虚拟中断控制器的理论基础。

二、中断控制器驱动的开发流程

在提供了模拟硬件中断触发的机制后，我们再确认下中断控制器驱动的开发流程，主要分为如下几个部分：

1. 为该中断控制器的所有hw irq line，均创建对应的irq_desc(因为我是在ubuntu16.04上开发的虚拟中段控制器驱动，并没有提供设备树支持，因此在驱动开发时完成了所有irq_desc的申请，如使用设备树开发的话，则无须申请所有的irq_desc。当有外设用到其中的一个hw irq line时，则在该设备的设备节点中引用对应的hw irq index及该hw irq index对应controller的设备节点名即可，然后在外设的驱动中调用irq_of_parse_and_map接口即可（而在该接口中若检测到该hw irq line尚未创建irq_desc，则进行irq_desc的创建，同时在该hw irq所属的irq domain中，完成hw irq index与logic irq index的映射）。设备树这种方式确实很好，仅在hw irq被使用时方进行irq_desc的创建及注册操作)；
2. 为该irq controller 提供操作接口，即完成struct irq_chip类型变量的定义及赋值，主要包括中断的使能控制、中断触发方式的设置等等；
3. 为该中断控制器创建irq domain，以便存储该irq controller的hw irq line与logic irq index的映射关系，并完成该irq_desc与irq_chip、irq flow handler的map操作操作等。

三、虚拟中断控制器驱动设计说明

有了以上的基础后，我们即可以进行虚拟中断控制器驱动的开发，以便了解中断控制器驱动的开发流程。

虚拟中断控制器型号介绍与说明

本次我们开发的虚拟中断控制器包含两个型号virt0808、virt0813，这两个中断控制器均提供16个hw irq line。然后这两个中断控制器级联在一起（virt0813连接至virt0808的第16个中断号，virt0808作为root controller），连接方式如下图所示。

这两个中断控制器均提供如下几个寄存器：

1. 中断状态寄存器（status reg）；
2. 中断使能寄存器（mask reg）；
3. 中断电平触发控制寄存器（level reg）；
4. 中断边沿触发控制寄存器（edeg reg）

以上即为虚拟中断控制器的主要内容，下面为这两个中断控制器进行驱动开发。

虚拟中断控制器驱动开发设计

针对虚拟中断控制器驱动，主要包括如下几步部分内容：

1. 提供virt0808虚拟中断控制器驱动，并在sysfs目录下创建属性文件irq_trigger，供应用程序模拟触发硬件中断；
2. 提供外设驱动，申请中断，作为对虚拟中断的验证。

相关的数据结构

针对virt0808，定义数据结构virt_irq_provider，主要的成员包括：

1. 存储应用程序设置的模拟触发中断的hw irq line index（irq_trigger_value）；
2. 定义struct irq_work类型的变量work，主要用于触发irq中断使用；
3. 该irq控制器的logic irq base id，及hw irq line的个数；
4. 该irq controller的寄存器；
5. 该irq controller对应的irq_chip、irq_domain；
6. 该irq controller driver所对应的platform device。

针对模拟硬件中断触发，我们主要借助irq work实现。主要的调用流程如下图所示

1. 当应用程序通过向irq_trigger写入需要模拟触发的hw irq line后，则会调用virt0808 driver定义的函数virt0808_irq_store，在该函数中调用irq_work_queue，将该irq work加入irq work queue中，并触发irq work interrupt；
2. 而在irq work interrupt的处理函数中调用irq_work_run，处理virt0808 driver定义的处理函数，即virt0808_hwirq_trigger;
3. 在virt0808_hwirq_trigger接口中则调用generic_handle_irq接口中，则调用该irq controller对应hw irq line的irq_desc进行中断的处理操作

而针对virt0813而言，其数据结构定义如下，该数据结构的定义与virt_irq_provider的定义类似。

Virt0808 driver

• Virt0808对应irq chip的定义，主要是完成virt0808的操作接口，定义如下

• 定义irq domain操作接口

在进行irq domain的map接口中完成irq desc与irq chip、irq flow handler的绑定操作

• Irq domain、irq desc的创建操作

在probe接口中通过调用如下接口完成irq domain、irq desc的创建操作

以上就是virt0808的驱动程序，完成以上功能后，就完成针对virt0808 irq controller的驱动操作。

Virt0813 driver

该设备驱动与virt0808 driver的驱动类似，唯一区别的是，因为virt0813是挂载在virt0808上的，因此当virt0813上中断发生时，cpu首先得到的是virt0808对应引脚中断，然后在virt0808的chain hw irq line的中断处理函数中，通过读取virt0813的中断状态寄存器，确认virt0813上是哪一个hw irq line发生中断，再调用generic_handle_irq接口去处理该中断。处理过程如下图所示：

virt0813_sub_irq_handler的定义如下：

测试驱动

在测试驱动中主要申请两个irq，一个irq是virt0808 irq controller的hw irq line；一个irq是virt0813 irq controller 的hw irq line，该驱动仅仅是测试用，比较简单，代码如下：

测试验证

在该virt irq的目录下执行make &&make install，驱动镜像即在image目录下。

驱动加载：

insmod virt0808_dev.ko

insmod virt0808_irq.ko

insmod virt0813_irq.ko

insmod irq_consumer_dev.ko

insmod irq_consumer_driver.ko

Virt0808 irq controller中断触发验证

因我们在测试驱动中，申请了virt0808的第7个中断，因此我们触发该中断，看下该中断对应的中断处理程序有没有调用：

cd /sys/devices/platform/virt0808_irq_dev.0/

echo 6 >>irq_trigger

dmesg

如上图所示，中断处理函数已经执行。下面我们进行virt0813中断的测试，我们申请的是virt0813的第一个中断，执行

命令如下：

cd /sys/devices/platform/virt0813_irq_dev.0

echo 1 >>irq_status

cd /sys/devices/platform/virt0808_irq_dev.0/

echo 15 >>irq_trigger

dmesg

如上图所示，中断处理函数也已经执行成功，测试成功。

以上就是本篇文章的主要内容，我们主要实现了virt irq controller driver，熟悉irq controller driver的开发流程，我们实现的驱动中，两个irq controller通过级联的方式连接，也比较有代表性。我们学习了irq子系统下irq controller driver的开发后，对我们平常的开发有没有帮助呢？当我们需要为一个gpio controller开发驱动，且该gpio controller支持中断时，则可以为该gpio controller创建irq controller driver即可完成该功能（此种功能需求下，可参考virt0813的驱动程序实现该需求）。至此我们完成了irq子系统的学习，针对irq子系统我也就是会开发相应驱动，若要彻底理解中断子系统，还有很长的路要走…后续如果有可能，会再深入学习（本次虚拟驱动的源码链接稍后会发出来，或者在gitee上搜索用户jerry_chg，也可以找到本次的驱动代码）。

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