add 08_Interrupt/14,15

This commit is contained in:
weidongshan
2021-07-03 15:43:09 +08:00
parent f7e65b5ea3
commit a8225c2342
28 changed files with 1336 additions and 1 deletions

View File

@@ -0,0 +1,109 @@
## 两类中断控制器处理流程_链式和层级
参考资料:
* [linux kernel的中断子系统之GIC代码分析](http://www.wowotech.net/irq_subsystem/gic_driver.html)
* Linux 4.9.88内核源码
* `Linux-4.9.88\drivers\gpio\gpio-mxc.c`
* `Linux-4.9.88\arch\arm\boot\dts\imx6ull.dtsi`
* Linux 5.4内核源码
* `Linux-5.4\drivers\pinctrl\stm32\pinctrl-stm32mp157.c`
* `Linux-5.4\drivers\irqchip\irq-stm32-exti.c`
* `Linux-5.4\arch\arm\boot\dts\stm32mp151.dtsi`
### 1. 下级中断控制器的类别
在后续课程中我们把GIC之下的中断控制器分为两类链式(chained)、层级(hierarchy)。
这个分类并没有官方定义,是我们根据代码概括出来的(Linux内核本来就缺乏文档)。
![image-20210703091444149](pic/08_Interrupt/073_two_type_intc.png)
#### 1.1 链式中断控制器(chained)
上图中,左边的"chained intc"就是链式中断控制器。
它底下的4个中断触发时都会导致GIC的33号中断被触发。
处理中断时,需要**分辨**是谁触发了GIC 33号中断这需要读取"chained intc"中的寄存器。
#### 1.2 层级中断控制器(hierarchy)
上图中,右边边的"hierarchy intc"就是链式中断控制器。
它底下的4个中断跟GIC中的4个中断一一对应。
处理GIC 100~103号中断时不需要读取"hierarchy intc"的寄存器来**分辨**是谁触发了中断。
### 2. 链式中断控制器的处理流程
下图中:
* handleA、irq_dataA由GIC驱动提供
* handleB、irq_dataB由GPIO驱动提供
* handleC也是GPIO驱动提供
![image-20210627235754147](pic/08_Interrupt/072_chained_intc.png)
* 假设GPIO模块下有4个引脚都可以产生中断都连接到GIC的33号中断
* GPIO就是一个链式中断控制器它底下有4个中断
* 对于GPIO模块中0~3这四个hwirq分配四个irq_desc
* 可以一下子分配4个legacy老方法
* 也可以用到时再分配linear新方法
* 假设这4个irq_desc的序号为100~103在GPIO domain中记录(0,100) (1,101)(2,102) (3,103)
* 对于KEY注册中断时就是`request_irq(102, ...)`
* 按下KEY时
* 程序从GIC中读取寄存器知道发生了33号中断通过GIC irq_domain可以知道virq为17
* 处理virq 17号中断调用irq_desc[17].handle_irq即handleB
* mask/ack中断: 调用irq_desc[17].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataA
* 细分中断源、处理
* 读取GPIO寄存器确定是GPIO里2号引脚发生中断
* 通过GPIO irq_domain可以知道virq为102
* 处理virq 102号中断调用irq_desc[102].handle_irq即handleC
* mask/ack中断: 调用irq_desc[102].irq_data->irq_chip的函数
* 调用irq_desc[102].action链表中用户注册的函数
* unmask中断: 调用irq_desc[102].irq_data->irq_chip的函数
* unmask中断: 调用irq_desc[17].irq_data->irq_chip的函数
### 3. 层级中断控制器的处理流程
下图中:
* handleA、irq_dataA由GIC驱动提供
* irq_dataB由GPIO驱动提供不需要handleB
![image-20210703101721943](pic/08_Interrupt/074_hierarchy_intc.png)
* 假设GPIO模块下有4个引脚都可以产生中断分别链接到GIC的100~103号中断
* GPIO就是一个层级中断控制器
* 对于GPIO模块中0~3这四个hwirq分配四个irq_desc用到时再分配
* 假设这4个irq_desc的序号为234~237
* 在GIC domain中记录(100,234) (101,235)(102,236) (103,237)
* 在GPIO domain中记录(0,234) (1,235)(2,236) (3,237)
* 对于KEY注册中断时就是`request_irq(236, ...)`
* 按下KEY时
* 程序从GIC中读取寄存器知道发生了102号中断通过GIC irq_domain可以知道virq为236
* 处理virq 236号中断调用irq_desc[236].handle_irq即handleA
* mask/ack中断:
* 调用irq_desc[236].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataB
* 它会调用父级irq_dataA->irq_chip的函数
* 调用irq_desc[236].action链表中用户注册的函数
* unmask中断:
* 调用irq_desc[236].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataB
* 它会调用父级irq_dataA->irq_chip的函数
### 4. 处理流程对比
![image-20210703114531760](pic/08_Interrupt/075_compare_intc.png)

View File

@@ -0,0 +1,111 @@
## 链式中断控制器驱动程序编写
参考资料:
* [linux kernel的中断子系统之GIC代码分析](http://www.wowotech.net/irq_subsystem/gic_driver.html)
* Linux 4.9.88内核源码
* `Linux-4.9.88\drivers\gpio\gpio-mxc.c`
* `Linux-4.9.88\arch\arm\boot\dts\imx6ull.dtsi`
* Linux 5.4内核源码
* `Linux-5.4\drivers\pinctrl\stm32\pinctrl-stm32mp157.c`
* `Linux-5.4\drivers\irqchip\irq-stm32-exti.c`
* `Linux-5.4\arch\arm\boot\dts\stm32mp151.dtsi`
* 本节视频源码在GIT仓库里
```shell
doc_and_source_for_drivers\IMX6ULL\source\08_Interrupt\03_virtual_int_controller_legacy
doc_and_source_for_drivers\STM32MP157\source\A7\08_Interrupt\03_virtual_int_controller_legacy
```
### 1. 链式中断控制器的重要函数和结构体
#### 1.1 回顾处理流程
为方便描述假设下级的链式中断控制器就是GPIO控制器。
![image-20210630171229980](pic/08_Interrupt/071_importan_function.png)
沿着中断的处理流程GIC之下的中断控制器涉及这4个重要部分handleB、GPIO Domain、handleC、irq_chip
* **handleB**处理GIC 33号中断handleB由GPIO驱动提供
* 屏蔽GIC 33号中断调用irq_dataA的irq_chip的函数irq_dataA由GIC驱动提供
* 细分并处理某个GPIO中断
* 读取GPIO寄存器得到hwirq通过**GPIO Domain**转换为virq假设是102
* 调用irq_desc[102].handle_irq即handleC
* 清除GIC 33号中断调用irq_dataA的irq_chip的函数由GIC驱动提供
* **handleC**处理GPIO 2号中断handleC由GPIO驱动提供
* 屏蔽GPIO 2号中断调用irq_dataB的**irq_chip**的函数由GPIO驱动提供
* 处理调用actions链表中用户注册的函数
* 清除GPIO 2号中断调用irq_dataB的irq_chip的函数由GPIO驱动提供
#### 1.2 irq_domain的核心作用
怎么把handleB、GPIO Domain、handleC、irq_chip这4个结构体组织起来irq_domain是核心。
我们从使用中断的流程来讲解。
* 在设备树里指定使用哪个中断
```shell
gpio_keys_100ask {
compatible = "100ask,gpio_key";
interrupt-parent = <&gpio5>;
interrupts = <3 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>,
};
```
* 内核解析、处理设备树的中断信息
* 根据`interrupt-parent`找到驱动程序注册的irq_domain
* 使用irq_domain.ops中的translate或xlate函数解析设备树得到hwirq和type
* 分配/找到irq_desc得到virq
* 把(hwirq, virq)的关系存入irq_domain
* 把virq存入platform_device的resource中
* 使用irq_domain.ops中的alloc或map函数进行设置
* 可能是替换irq_desc[virq].handle_irq函数
* 可能是替换irq_desc[virq].irq_data里面有irq_chip
* 用户的驱动程序注册中断
* 从platform_device的resource中得到中断号virq
* request_irq(virq, ..., func)
* 发生中断、处理中断:处理流程见上面。
### 2. 硬件模型
内核中有各类中断控制器的驱动程序,它们涉及的硬件过于复杂,从这些杂乱的代码中去讲清楚中断体系,比较难。
我们实现一些虚拟的中断控制器,如下图所示。
实际板子中,我们可以通过按键触发中断。
对于这些虚拟的中断控制器我们没有真实按键通过devmem指令写GIC的PENDING寄存器触发中断。
![image-20210703133953035](pic/08_Interrupt/076_virtual_intc_hardware.png)
### 3. 编程
会涉及2个驱动程序虚拟的中断控制器驱动程序按键驱动程序以及对应的设备树。

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 288 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 55 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 24 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 190 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 46 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 37 KiB

View File

@@ -0,0 +1,128 @@
#include <linux/module.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/mfd/syscon.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/gpio/driver.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/regmap.h>
static struct gpio_chip * g_virt_gpio;
static int g_gpio_val = 0;
static const struct of_device_id virtual_gpio_of_match[] = {
{ .compatible = "100ask,virtual_gpio", },
{ },
};
static int virt_gpio_direction_output(struct gpio_chip *gc,
unsigned offset, int val)
{
printk("set pin %d as output %s\n", offset, val ? "high" : "low");
return 0;
}
static int virt_gpio_direction_input(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset)
{
printk("set pin %d as input\n", offset);
return 0;
}
static int virt_gpio_get_value(struct gpio_chip *gc, unsigned offset)
{
int val;
val = (g_gpio_val & (1<<offset)) ? 1 : 0;
printk("get pin %d, it's val = %d\n", offset, val);
return val;
}
static void virt_gpio_set_value(struct gpio_chip *gc,
unsigned offset, int val)
{
printk("set pin %d as %d\n", offset, val);
if (val)
g_gpio_val |= (1 << offset);
else
g_gpio_val &= ~(1 << offset);
}
static int virtual_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
int ret;
unsigned int val;
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 1. 分配gpio_chip */
g_virt_gpio = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*g_virt_gpio), GFP_KERNEL);
/* 2. 设置gpio_chip */
/* 2.1 设置函数 */
g_virt_gpio->label = pdev->name;
g_virt_gpio->direction_output = virt_gpio_direction_output;
g_virt_gpio->direction_input = virt_gpio_direction_input;
g_virt_gpio->get = virt_gpio_get_value;
g_virt_gpio->set = virt_gpio_set_value;
g_virt_gpio->request = gpiochip_generic_request;
g_virt_gpio->parent = &pdev->dev;
g_virt_gpio->owner = THIS_MODULE;
/* 2.2 设置base、ngpio值 */
g_virt_gpio->base = -1;
ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node, "ngpios", &val);
g_virt_gpio->ngpio = val;
/* 3. 注册gpio_chip */
ret = devm_gpiochip_add_data(&pdev->dev, g_virt_gpio, NULL);
return 0;
}
static int virtual_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
static struct platform_driver virtual_gpio_driver = {
.probe = virtual_gpio_probe,
.remove = virtual_gpio_remove,
.driver = {
.name = "100ask_virtual_gpio",
.of_match_table = of_match_ptr(virtual_gpio_of_match),
}
};
/* 1. 入口函数 */
static int __init virtual_gpio_init(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 1.1 注册一个platform_driver */
return platform_driver_register(&virtual_gpio_driver);
}
/* 2. 出口函数 */
static void __exit virtual_gpio_exit(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 2.1 反注册platform_driver */
platform_driver_unregister(&virtual_gpio_driver);
}
module_init(virtual_gpio_init);
module_exit(virtual_gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

View File

@@ -0,0 +1,21 @@
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m += virtual_int_controller.o
obj-m += gpio_key_drv.o

View File

@@ -0,0 +1,161 @@
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
int val;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
unsigned flags = GPIOF_IN;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_100ask[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_100ask[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_100ask[i].gpio);
gpio_keys_100ask[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
if (flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW)
flags |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpio_keys_100ask[i].gpio, flags, NULL);
gpio_keys_100ask[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_100ask[i].gpio);
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys_100ask[i]);
}
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, &gpio_keys_100ask[i]);
}
kfree(gpio_keys_100ask);
return 0;
}
static const struct of_device_id ask100_keys[] = {
{ .compatible = "100ask,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "100ask_gpio_key",
.of_match_table = ask100_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

View File

@@ -0,0 +1,172 @@
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/irqdomain.h>
#include <linux/irqchip/chained_irq.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/pm_runtime.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/gpio/driver.h>
/* FIXME: for gpio_get_value() replace this with direct register read */
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/bug.h>
#include <linux/random.h>
static struct irq_domain *virtual_intc_domain;
static int virtual_intc_get_hwirq(void)
{
return get_random_int() & 0x3;
}
static void virtual_intc_irq_handler(struct irq_desc *desc)
{
/* 它的功能时分辨是哪一个hwirq, 调用对应的irq_desc[].handle_irq */
u32 irq_stat;
int hwirq;
struct irq_chip *chip = irq_desc_get_chip(desc);
chained_irq_enter(chip, desc);
/* a. 分辨中断 */
hwirq = virtual_intc_get_hwirq();
/* b. 调用irq_desc[].handle_irq(handleC) */
generic_handle_irq(irq_find_mapping(virtual_intc_domain, hwirq));
chained_irq_exit(chip, desc);
}
static void virtual_intc_irq_ack(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_mask(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_mask_ack(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_unmask(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_eoi(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static struct irq_chip virtual_intc_irq_chip = {
.name = "100ask_virtual_intc",
.irq_ack = virtual_intc_irq_ack ,
.irq_mask = virtual_intc_irq_mask ,
.irq_mask_ack = virtual_intc_irq_mask_ack ,
.irq_unmask = virtual_intc_irq_unmask ,
.irq_eoi = virtual_intc_irq_eoi ,
};
static int virtual_intc_irq_map(struct irq_domain *h, unsigned int virq,
irq_hw_number_t hw)
{
/* 1. 给virq提供处理函数
* 2. 提供irq_chip用来mask/unmask中断
*/
irq_set_chip_data(virq, h->host_data);
irq_set_chip_and_handler(virq, &virtual_intc_irq_chip, handle_edge_irq); /* handle_edge_irq就是handleC */
//irq_set_nested_thread(virq, 1);
//irq_set_noprobe(virq);
return 0;
}
static const struct irq_domain_ops virtual_intc_domain_ops = {
.xlate = irq_domain_xlate_onetwocell,
.map = virtual_intc_irq_map,
};
static int virtual_intc_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
int irq_to_parent;
int irq_base;
/* 1. virutal intc 会向GIC发出n号中断 */
/* 1.1 从设备树里获得virq_n */
irq_to_parent = platform_get_irq(pdev, 0);
/* 1.2 设置它的irq_desc[].handle_irq, 它的功能时分辨是哪一个hwirq, 调用对应的irq_desc[].handle_irq */
irq_set_chained_handler_and_data(irq_to_parent, virtual_intc_irq_handler, NULL);
/* 2. 分配/设置/注册一个irq_domain */
irq_base = irq_alloc_descs(-1, 0, 4, numa_node_id());
virtual_intc_domain = irq_domain_add_legacy(np, 4, irq_base, 0,
&virtual_intc_domain_ops, NULL);
return 0;
}
static int virtual_intc_remove(struct platform_device *pdev)
{
return 0;
}
static const struct of_device_id virtual_intc_of_match[] = {
{ .compatible = "100ask,virtual_intc", },
{ },
};
static struct platform_driver virtual_intc_driver = {
.probe = virtual_intc_probe,
.remove = virtual_intc_remove,
.driver = {
.name = "100ask_virtual_intc",
.of_match_table = of_match_ptr(virtual_intc_of_match),
}
};
/* 1. 入口函数 */
static int __init virtual_intc_init(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 1.1 注册一个platform_driver */
return platform_driver_register(&virtual_intc_driver);
}
/* 2. 出口函数 */
static void __exit virtual_intc_exit(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 2.1 反注册platform_driver */
platform_driver_unregister(&virtual_intc_driver);
}
module_init(virtual_intc_init);
module_exit(virtual_intc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

View File

@@ -0,0 +1,26 @@
#define n 100
/{
virtual_intc: virtual_intc_100ask {
.compatible = "100ask,virtual_intc";
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <GIC_SPI n IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
};
gpio_keys_100ask {
compatible = "100ask,gpio_key";
interrupt-parent = <&virtual_intc>;
interrupts = <0 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<1 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<2 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<3 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
};
};

View File

@@ -272,13 +272,13 @@ git clone https://e.coding.net/weidongshan/linux/doc_and_source_for_drivers.git
09_中断的硬件框架
10_GIC介绍与编程
```
* 2021.06.26 发布"Interrupt子系统"
```shell
11_异常向量表的安装与调用
```
* 2021.06.28 发布"Interrupt子系统"
```shell
@@ -286,6 +286,13 @@ git clone https://e.coding.net/weidongshan/linux/doc_and_source_for_drivers.git
13_GIC驱动程序分析
```
* 2021.07.03 发布"Interrupt子系统"
```shell
14_两类中断控制器处理流程_链式和层级
15_链式中断控制器驱动程序编写
```

View File

@@ -0,0 +1,109 @@
## 两类中断控制器处理流程_链式和层级
参考资料:
* [linux kernel的中断子系统之GIC代码分析](http://www.wowotech.net/irq_subsystem/gic_driver.html)
* Linux 4.9.88内核源码
* `Linux-4.9.88\drivers\gpio\gpio-mxc.c`
* `Linux-4.9.88\arch\arm\boot\dts\imx6ull.dtsi`
* Linux 5.4内核源码
* `Linux-5.4\drivers\pinctrl\stm32\pinctrl-stm32mp157.c`
* `Linux-5.4\drivers\irqchip\irq-stm32-exti.c`
* `Linux-5.4\arch\arm\boot\dts\stm32mp151.dtsi`
### 1. 下级中断控制器的类别
在后续课程中我们把GIC之下的中断控制器分为两类链式(chained)、层级(hierarchy)。
这个分类并没有官方定义,是我们根据代码概括出来的(Linux内核本来就缺乏文档)。
![image-20210703091444149](pic/08_Interrupt/073_two_type_intc.png)
#### 1.1 链式中断控制器(chained)
上图中,左边的"chained intc"就是链式中断控制器。
它底下的4个中断触发时都会导致GIC的33号中断被触发。
处理中断时,需要**分辨**是谁触发了GIC 33号中断这需要读取"chained intc"中的寄存器。
#### 1.2 层级中断控制器(hierarchy)
上图中,右边边的"hierarchy intc"就是链式中断控制器。
它底下的4个中断跟GIC中的4个中断一一对应。
处理GIC 100~103号中断时不需要读取"hierarchy intc"的寄存器来**分辨**是谁触发了中断。
### 2. 链式中断控制器的处理流程
下图中:
* handleA、irq_dataA由GIC驱动提供
* handleB、irq_dataB由GPIO驱动提供
* handleC也是GPIO驱动提供
![image-20210627235754147](pic/08_Interrupt/072_chained_intc.png)
* 假设GPIO模块下有4个引脚都可以产生中断都连接到GIC的33号中断
* GPIO就是一个链式中断控制器它底下有4个中断
* 对于GPIO模块中0~3这四个hwirq分配四个irq_desc
* 可以一下子分配4个legacy老方法
* 也可以用到时再分配linear新方法
* 假设这4个irq_desc的序号为100~103在GPIO domain中记录(0,100) (1,101)(2,102) (3,103)
* 对于KEY注册中断时就是`request_irq(102, ...)`
* 按下KEY时
* 程序从GIC中读取寄存器知道发生了33号中断通过GIC irq_domain可以知道virq为17
* 处理virq 17号中断调用irq_desc[17].handle_irq即handleB
* mask/ack中断: 调用irq_desc[17].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataA
* 细分中断源、处理
* 读取GPIO寄存器确定是GPIO里2号引脚发生中断
* 通过GPIO irq_domain可以知道virq为102
* 处理virq 102号中断调用irq_desc[102].handle_irq即handleC
* mask/ack中断: 调用irq_desc[102].irq_data->irq_chip的函数
* 调用irq_desc[102].action链表中用户注册的函数
* unmask中断: 调用irq_desc[102].irq_data->irq_chip的函数
* unmask中断: 调用irq_desc[17].irq_data->irq_chip的函数
### 3. 层级中断控制器的处理流程
下图中:
* handleA、irq_dataA由GIC驱动提供
* irq_dataB由GPIO驱动提供不需要handleB
![image-20210703101721943](pic/08_Interrupt/074_hierarchy_intc.png)
* 假设GPIO模块下有4个引脚都可以产生中断分别链接到GIC的100~103号中断
* GPIO就是一个层级中断控制器
* 对于GPIO模块中0~3这四个hwirq分配四个irq_desc用到时再分配
* 假设这4个irq_desc的序号为234~237
* 在GIC domain中记录(100,234) (101,235)(102,236) (103,237)
* 在GPIO domain中记录(0,234) (1,235)(2,236) (3,237)
* 对于KEY注册中断时就是`request_irq(236, ...)`
* 按下KEY时
* 程序从GIC中读取寄存器知道发生了102号中断通过GIC irq_domain可以知道virq为236
* 处理virq 236号中断调用irq_desc[236].handle_irq即handleA
* mask/ack中断:
* 调用irq_desc[236].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataB
* 它会调用父级irq_dataA->irq_chip的函数
* 调用irq_desc[236].action链表中用户注册的函数
* unmask中断:
* 调用irq_desc[236].irq_data->irq_chip的函数即irq_dataB
* 它会调用父级irq_dataA->irq_chip的函数
### 4. 处理流程对比
![image-20210703114531760](pic/08_Interrupt/075_compare_intc.png)

View File

@@ -0,0 +1,111 @@
## 链式中断控制器驱动程序编写
参考资料:
* [linux kernel的中断子系统之GIC代码分析](http://www.wowotech.net/irq_subsystem/gic_driver.html)
* Linux 4.9.88内核源码
* `Linux-4.9.88\drivers\gpio\gpio-mxc.c`
* `Linux-4.9.88\arch\arm\boot\dts\imx6ull.dtsi`
* Linux 5.4内核源码
* `Linux-5.4\drivers\pinctrl\stm32\pinctrl-stm32mp157.c`
* `Linux-5.4\drivers\irqchip\irq-stm32-exti.c`
* `Linux-5.4\arch\arm\boot\dts\stm32mp151.dtsi`
* 本节视频源码在GIT仓库里
```shell
doc_and_source_for_drivers\IMX6ULL\source\08_Interrupt\03_virtual_int_controller_legacy
doc_and_source_for_drivers\STM32MP157\source\A7\08_Interrupt\03_virtual_int_controller_legacy
```
### 1. 链式中断控制器的重要函数和结构体
#### 1.1 回顾处理流程
为方便描述假设下级的链式中断控制器就是GPIO控制器。
![image-20210630171229980](pic/08_Interrupt/071_importan_function.png)
沿着中断的处理流程GIC之下的中断控制器涉及这4个重要部分handleB、GPIO Domain、handleC、irq_chip
* **handleB**处理GIC 33号中断handleB由GPIO驱动提供
* 屏蔽GIC 33号中断调用irq_dataA的irq_chip的函数irq_dataA由GIC驱动提供
* 细分并处理某个GPIO中断
* 读取GPIO寄存器得到hwirq通过**GPIO Domain**转换为virq假设是102
* 调用irq_desc[102].handle_irq即handleC
* 清除GIC 33号中断调用irq_dataA的irq_chip的函数由GIC驱动提供
* **handleC**处理GPIO 2号中断handleC由GPIO驱动提供
* 屏蔽GPIO 2号中断调用irq_dataB的**irq_chip**的函数由GPIO驱动提供
* 处理调用actions链表中用户注册的函数
* 清除GPIO 2号中断调用irq_dataB的irq_chip的函数由GPIO驱动提供
#### 1.2 irq_domain的核心作用
怎么把handleB、GPIO Domain、handleC、irq_chip这4个结构体组织起来irq_domain是核心。
我们从使用中断的流程来讲解。
* 在设备树里指定使用哪个中断
```shell
gpio_keys_100ask {
compatible = "100ask,gpio_key";
interrupt-parent = <&gpio5>;
interrupts = <3 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>,
};
```
* 内核解析、处理设备树的中断信息
* 根据`interrupt-parent`找到驱动程序注册的irq_domain
* 使用irq_domain.ops中的translate或xlate函数解析设备树得到hwirq和type
* 分配/找到irq_desc得到virq
* 把(hwirq, virq)的关系存入irq_domain
* 把virq存入platform_device的resource中
* 使用irq_domain.ops中的alloc或map函数进行设置
* 可能是替换irq_desc[virq].handle_irq函数
* 可能是替换irq_desc[virq].irq_data里面有irq_chip
* 用户的驱动程序注册中断
* 从platform_device的resource中得到中断号virq
* request_irq(virq, ..., func)
* 发生中断、处理中断:处理流程见上面。
### 2. 硬件模型
内核中有各类中断控制器的驱动程序,它们涉及的硬件过于复杂,从这些杂乱的代码中去讲清楚中断体系,比较难。
我们实现一些虚拟的中断控制器,如下图所示。
实际板子中,我们可以通过按键触发中断。
对于这些虚拟的中断控制器我们没有真实按键通过devmem指令写GIC的PENDING寄存器触发中断。
![image-20210703133953035](pic/08_Interrupt/076_virtual_intc_hardware.png)
### 3. 编程
会涉及2个驱动程序虚拟的中断控制器驱动程序按键驱动程序以及对应的设备树。

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 288 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 55 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 24 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 190 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 46 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 37 KiB

View File

@@ -0,0 +1,21 @@
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m += virtual_int_controller.o
obj-m += gpio_key_drv.o

View File

@@ -0,0 +1,161 @@
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
int val;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
unsigned flags = GPIOF_IN;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_100ask[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_100ask[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_100ask[i].gpio);
gpio_keys_100ask[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
if (flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW)
flags |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpio_keys_100ask[i].gpio, flags, NULL);
gpio_keys_100ask[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_100ask[i].gpio);
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys_100ask[i]);
}
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, &gpio_keys_100ask[i]);
}
kfree(gpio_keys_100ask);
return 0;
}
static const struct of_device_id ask100_keys[] = {
{ .compatible = "100ask,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "100ask_gpio_key",
.of_match_table = ask100_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

View File

@@ -0,0 +1,172 @@
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/irqdomain.h>
#include <linux/irqchip/chained_irq.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/pm_runtime.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/gpio/driver.h>
/* FIXME: for gpio_get_value() replace this with direct register read */
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/bug.h>
#include <linux/random.h>
static struct irq_domain *virtual_intc_domain;
static int virtual_intc_get_hwirq(void)
{
return get_random_int() & 0x3;
}
static void virtual_intc_irq_handler(struct irq_desc *desc)
{
/* 它的功能时分辨是哪一个hwirq, 调用对应的irq_desc[].handle_irq */
u32 irq_stat;
int hwirq;
struct irq_chip *chip = irq_desc_get_chip(desc);
chained_irq_enter(chip, desc);
/* a. 分辨中断 */
hwirq = virtual_intc_get_hwirq();
/* b. 调用irq_desc[].handle_irq(handleC) */
generic_handle_irq(irq_find_mapping(virtual_intc_domain, hwirq));
chained_irq_exit(chip, desc);
}
static void virtual_intc_irq_ack(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_mask(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_mask_ack(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_unmask(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static void virtual_intc_irq_eoi(struct irq_data *data)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
}
static struct irq_chip virtual_intc_irq_chip = {
.name = "100ask_virtual_intc",
.irq_ack = virtual_intc_irq_ack ,
.irq_mask = virtual_intc_irq_mask ,
.irq_mask_ack = virtual_intc_irq_mask_ack ,
.irq_unmask = virtual_intc_irq_unmask ,
.irq_eoi = virtual_intc_irq_eoi ,
};
static int virtual_intc_irq_map(struct irq_domain *h, unsigned int virq,
irq_hw_number_t hw)
{
/* 1. 给virq提供处理函数
* 2. 提供irq_chip用来mask/unmask中断
*/
irq_set_chip_data(virq, h->host_data);
irq_set_chip_and_handler(virq, &virtual_intc_irq_chip, handle_edge_irq); /* handle_edge_irq就是handleC */
//irq_set_nested_thread(virq, 1);
//irq_set_noprobe(virq);
return 0;
}
static const struct irq_domain_ops virtual_intc_domain_ops = {
.xlate = irq_domain_xlate_onetwocell,
.map = virtual_intc_irq_map,
};
static int virtual_intc_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
int irq_to_parent;
int irq_base;
/* 1. virutal intc 会向GIC发出n号中断 */
/* 1.1 从设备树里获得virq_n */
irq_to_parent = platform_get_irq(pdev, 0);
/* 1.2 设置它的irq_desc[].handle_irq, 它的功能时分辨是哪一个hwirq, 调用对应的irq_desc[].handle_irq */
irq_set_chained_handler_and_data(irq_to_parent, virtual_intc_irq_handler, NULL);
/* 2. 分配/设置/注册一个irq_domain */
irq_base = irq_alloc_descs(-1, 0, 4, numa_node_id());
virtual_intc_domain = irq_domain_add_legacy(np, 4, irq_base, 0,
&virtual_intc_domain_ops, NULL);
return 0;
}
static int virtual_intc_remove(struct platform_device *pdev)
{
return 0;
}
static const struct of_device_id virtual_intc_of_match[] = {
{ .compatible = "100ask,virtual_intc", },
{ },
};
static struct platform_driver virtual_intc_driver = {
.probe = virtual_intc_probe,
.remove = virtual_intc_remove,
.driver = {
.name = "100ask_virtual_intc",
.of_match_table = of_match_ptr(virtual_intc_of_match),
}
};
/* 1. 入口函数 */
static int __init virtual_intc_init(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 1.1 注册一个platform_driver */
return platform_driver_register(&virtual_intc_driver);
}
/* 2. 出口函数 */
static void __exit virtual_intc_exit(void)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 2.1 反注册platform_driver */
platform_driver_unregister(&virtual_intc_driver);
}
module_init(virtual_intc_init);
module_exit(virtual_intc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

View File

@@ -0,0 +1,26 @@
#define n 100
/{
virtual_intc: virtual_intc_100ask {
.compatible = "100ask,virtual_intc";
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <GIC_SPI n IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
};
gpio_keys_100ask {
compatible = "100ask,gpio_key";
interrupt-parent = <&virtual_intc>;
interrupts = <0 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<1 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<2 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<3 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
};
};