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ARM的中断处理 [一]

本文将深入探讨ARM处理器的中断处理机制，特别是与ARM的中断控制器GIC(Generic Interrupt Controller)相关的内容。GIC在不同版本中，如v1到v4，不断扩展了功能以适应不同类型的ARM Cortex处理器，如Cortex-A5、A9至A72等。

GIC的核心功能在于连接中断源和CPU，随着多核时代的到来，它被划分为Distributor和Redistributor两个部分。Distributor类似于I/O APIC，负责根据CPU配置分发中断，Redistributor则负责将中断发送给对应的CPU。早期的GICv1版本支持有限的中断源和处理单元(PE)数量，而后续版本如v3和v4则在这些方面有所增强，并引入了MSI(Message-Based Interrupt)机制。

中断源在GIC中被分类，包括SGI(Software Generated Interrupt)和PPI(Private Peripheral Interrupt)。SGI由软件触发，用于核间通信，而PPI则是私有的，如定时器和传感器中断。SPI(Shared Peripheral Interrupt)是所有CPU共享的中断，LPI则是从GICv3开始引入的，支持MSI形式的中断，配置信息存储在PRAM中。Linux内核处理硬件中断时，这些编号需要转换为软件中断号。

中断源的优先级管理是GICv3的一大特性，通过running priority机制解决中断抢占问题。然而，这种硬件特性可能导致中断处理函数的嵌套，增加了软件复杂性，Linux通常不直接利用这一特性。

尽管硬件提供了这些功能，实际的中断处理在Linux内核中可能有所不同。后续章节将结合Linux内核的代码，进一步解析ARM中断的处理流程。为了完整理解，可以参考GICv3和GICv4的软件概述。

armlinux系统和裸机中断响应时间

中断响应周期是指当CPU采用中断方式实现主机与I/O交换信息时，CPU在每条指令执行阶段结束前，都要发中断查询信号，以检测是否有某个I/O提出中断请求。如果有请求，CPU则要进入中断响应阶段，又称中断周期。

中断的响应时间就是中断的响应过程的时间，中断的响应过程是当有事件产生，进入中断之前必须先记住当前正在做的事情，然后去处理发生的事情，处理这个过程的时间。

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