linux中断处理流程？linux内核视频教程

各位老铁们好，相信很多人对linux中断处理流程都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于linux中断处理流程以及linux内核视频教程的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

Linux内核中断上半部处理程序

硬件中断--异步中断中断本质上是一种电信号，由硬件设备发出，用于通知处理器特定事件。不同设备对应不同中断，每个中断通过唯一的数字标识，称为中断请求（IRQ）线。处理器内部对其编号，也称为中断号。

异常--同步中断异常不同于中断，产生时必须考虑与处理器时钟同步。异常常称为同步中断，是处理器执行时由于编程失误而导致的错误指令（如除0），或者执行期间出现特殊情况（如缺页），必须靠内核来处理时，处理器就会产生一个异常。我们通常所说的是中断，是指由硬件产生的异步中断。

软中断工作方式类似于异步中断，区别是它是通过软件引起的中断，异步中断是由硬件引起的。

中断处理程序中断处理程序（interrupt handler）或中断服务例程（interrupt service routine，ISR）响应一个特定中断时执行的函数。设备产生的每个中断，都有一个中断处理程序关联。一个设备可能产生多种不同的中断，那么该设备就可以对应多个中断处理程序。相应地，设备驱动程序就需要准备多个这样的函数。

Linux中断处理程序特点 Linux中，中断处理程序看起来像普通C函数，按特定类型声明，以便内核能以标准的方式传递处理程序的信息。中断处理程序与其他内核函数的区别：中断处理程序是被内核调用来响应中断的，而它们运行于被称为中断上下文的特殊上下文中。由于中断随时可能产生，因此中断处理程序必须随时、尽快执行，这样才能尽快响应中断，同时恢复中断代码的执行。

上下半部的对比一般把中断处理切分为2个部分或两半：1）上半部（top half）中断处理程序是上半部，接收到一个中断，就立即开始执行，但只做严格时限的工作。如对接收中断进行应答或复位硬件，这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。2）下半部（bottom half）中断处理程序中，能被允许稍后完成的工作会推迟到下半部。Linux提供下半部的各种机制。

编写中断处理程序一个典型的中断处理程序声明：其签名必须与request_irq()中参数handler所要求函数类型一致。参数说明：返回值：返回值是一个特殊类型：irqerturn_t。实际是int类型，为了与早期内核兼容，因为2.6以前实际是void类型。可能返回2个特殊值：IRQ_NONE和IRQ_HANDLED。当中断处理程序检测到一个中断，但该中断并非注册处理函数时指定的产生源时，返回IRQ_NONE；当中断处理程序被正确调用，而且确实是它所对应的设备产生的中断时，返回IRQ_HANDLED。返回值也可以用宏IRQ_RETVAL(x)：x为非0，宏返回IRQ_HANDLED；x为0，返回IRQ_NONE。定义说明：中断处理程序通常标记为static，因为从来不会在其他文件被直接调用。可重入性 Linux中中断处理程序无需重入。当一个给定的中断处理程序正在执行时，相应的中断线在所有处理器上都会被屏蔽，以防在同一个中断线上接收另一个新的中断。也就是说，同一个中断线，同一个中断处理程序，在执行完毕之前不可能同时在2个处理器上执行，加上中断处理程序不能休眠，因此无需考虑可重入性。

中断控制 Linux内核提供一组接口用于操作机器上的中断状态：能用于禁止当前处理器的中断系统，屏蔽整个机器的一条中断线。例程与体系结构相关，位于。

禁止内核抢占：preempt_disable、preempt_enable等；禁止和激活中断用于禁止当前处理器上的本地中断，随后由激活：。由于flags包含具体体系结构的数据，即中断系统的状态，因此，flags不能传递给另一个函数，必须驻留在同一栈帧中。基于此，local_irq_save和restore的调用必须在同一个函数中。

中断系统的状态如何了解中断系统的状态，如中断当前是禁止的还是激活的？或者当前是否正处于中断上下文的执行状态中？本小节提供这方面回答。中 irqs_disable()如果本地处理器上的中断系统被禁止，则返回非0；否则，返回0。中 in_interrupt()如果内核处于中断上下文，则返回非0；如果在进程上下文，返回0。in_irq()如果当前正在执行中断处理程序，则返回非0；否则，返回0.

中断处理机制的实现中断处理系统的实现依赖于体系结构。中断的入口点是：硬件产生了中断，处理器开始跳转到对应的一个唯一位置，在栈中保存这个号，并存放当前寄存器的值（被中断任务），开始处理中断。中断产生到内核处理中断的步骤：1）硬件产生中断。2）处理器跳转到中断向量表对应的中断处理程序，栈中保存中断号及打断任务保存线程。3）内核调用do_IRQ()。之后，大多数中断处理代码用C编写。do_IRQ()提取中断号，对应x86代码：计算出中断号后，do_IRQ()对所接收的中断进行应答，禁止这条线上的中断传递。这些操作通过调用mask_and_ack_8259A()来完成。4）处理中断如果中断线上已安装中断处理程序，就调用handle_IRQ_event()处理；如果没有，就直接调用ret_from_intr()，返回内核运行中断的代码。x86上，handle_IRQ_event()：5）调用ret_from_intr()类似于初始入口代码，用汇编编写。用于检查重新调度释放正在挂起（意味着设置了need_resched）。如果重新调度正在挂起，并且内核正在返回用户空间（i.e.中断了用户进程），那么schedule()被调用。如果内核正在返回内核空间（i.e.中断了内核本身），只有preempt_count（抢占计数器）为0时，schedule()才会被调用（否则，抢占内核便是不安全的）。schedule()返回后，或者如果没有挂起的工作，那么原来的寄存器被恢复，内核恢复到曾经中断的点。

/proc/interrupts查看中断统计信息 procfs是一个虚拟文件系统，只存在于内核内存，一般安装于/proc目录下。在procfs中读写文件都要调用内核函数，这些函数模拟从真实文件中读或写。/proc/interrupts文件存放系统中与中断相关的统计信息。

中断处理程序实例一个来自RTC驱动程序的中断处理程序，可在drivers/char/rtc.c中找到。RTC用于设置系统时钟，提供alarm或周期性定时器。

Linux内核中断之中断调用流程

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

linux中断子系统 - linux 中断处理流程

当硬件触发中断时，中断信号直接导致处理器执行跳转至中断向量表，进入中断模式（IRQ模式），随后再次跳转至系统模式（svc模式），进行具体的中断处理操作。这一系列模式转换和现场保存操作主要由晦涩难懂的汇编代码实现。在做好必要的准备工作后，调用`handle_arch_irq`函数，最终进入C语言环境进行中断处理。

解释`handle_arch_irq`函数，这是一个平台相关的函数指针。通过`set_handle_irq`函数将其设置为`gic_handle_irq`。在中断发生后，中断处理流程会调用`gic_handle_irq`函数。

`gic_handle_irq`函数包含关键代码逻辑，处理三种类型中断：软件触发中断（SGI）、硬件触发中断（PPI）、以及外部硬件中断（SPI）。SGI用于CPU之间的通信，PPI是CPU独立触发的，典型例子是时钟中断，而SPI是最常见的外部中断。

SGI中断处理相对简单，仅涉及软件处理。PPI和SPI中断则需要考虑GIC的级联问题。系统中存在多个GIC时，需要递归处理。对于PPI和SPI，它们共享处理部分，但SPI处理需要考虑GIC的级联，而PPI处理直接进入SPI处理框架。

中断源信息记录在GIC的`GIC_CPU_INTACK`寄存器中，包括CPU ID和中断ID。SGI中断中CPU ID具有意义，而PPI/SPI中断中CPU ID无意义，仅读取低10位获取hwirq。

在处理中断号时，代码执行在一个死循环中，确保中断处理过程中产生的额外中断可以立即处理，而无需重新跳转至中断向量表。当从`GIC_CPU_INTACK`读取的中断号大于等于1020时，中断处理退出。

处理外设中断如PPI和SPI，调用`handle_domain_irq`函数，传入当前GIC所属domain、hwirq以及pt_regs。内核中存在中断编号（irq），与GIC的interrupt ID不同，存在映射关系，由domain保存。

进一步调用`__handle_domain_irq`函数处理中断，涉及设置中断状态、跳转至中断处理程序、执行软中断和退出中断环境等步骤。中断状态位在进入中断处理阶段时被设置，而非中断结束时。在特定条件下，中断环境会通过`tick broadcast`更新`jiffies`以防止软中断唤醒的误判。

通用中断处理函数`generic_handle_irq`实现核心处理逻辑，通过`irq_to_desc`获取中断描述信息，调用`desc->handle_irq()`回调函数进行处理。

中断回调函数`handle_fasteoi_irq`处理共享中断和级联中断，确保正确执行中断处理程序并进行中断线程化。对于SGI中断，处理流程直接进入IPI中断的特定处理。

IPI中断的响应与触发机制涉及GIC驱动初始化代码中的`set_smp_cross_call`函数，用于配置发送SGI中断的机制。例如，发送唤醒IPI中断时，调用路径涉及`arch_send_wakeup_ipi_mask`、`__smp_cross_call`，最终调用`gic_raise_softirq`函数。

中断处理流程涉及多种中断类型和机制，包括硬件触发、软件触发、级联处理、中断线程化等，确保系统能够高效响应中断，进行必要的操作并恢复至正常执行状态。

参考资料和链接提供进一步学习中断处理流程的资源。