在本系列文章的第一篇：Linux中斷（interrupt）子系統之一：中斷系統基本原理，我把通用中斷子系統分爲了4個層次，其中的驅動程序接口層和中斷通用邏輯層的界限實際上不是很明確，因爲中斷通用邏輯層的很多接口，既可以被驅動程序使用，也可以被硬件封裝層使用，所以我把這兩部分的內容放在一起進行討論。
本章我將會討論這兩層對外提供的標準接口和內部實現機制，幾乎所有的接口都是圍繞着irq_desc和irq_chip這兩個結構體進行的，對這兩個結構體不熟悉的讀者可以現讀一下前面幾篇文章。
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中斷子系統爲我們提供了一系列用於irq的打開和關閉的函數接口，其中最基本的一對是：
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disable_irq(unsigned int irq);
-
enable_irq(unsigned int irq);
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-
void __disable_irq(struct irq_desc *desc, unsigned int irq, bool
suspend)
-
{
-
if (suspend) {
-
if (!desc->action || (desc->action->flags & IRQF_NO_SUSPEND))
-
return;
-
desc->istate |= IRQS_SUSPENDED;
-
}
-
-
if (!desc->depth++)
-
irq_disable(desc);
- }
前面幾句是對suspend的處理，最後兩句，只有之前的depth爲0，纔會通過irq_disable函數，調用中斷控制器的回調chip->irq_mask，否則只是簡單地把depth的值加1。irq_disable函數還會通過irq_state_set_disabled和irq_state_set_masked，設置irq_data.flag的IRQD_IRQ_DISABLED和IRQD_IRQ_MASK標誌。
disable_irq的最後，調用了synchronize_irq，該函數通過IRQ_INPROGRESS標誌，確保action鏈表中所有的handler都已經處理完畢，然後還要通過wait_event等待該irq所有的中斷線程退出。正因爲這樣，在中斷上下文中，不應該使用該API來關閉irq，同時要確保調用該API的函數不能擁有該irq處理函數或線程的資源，否則就會發生死鎖！！如果一定要在這兩種情況下關閉irq，中斷子系統爲我們提供了另外一個API，它不會做出任何等待動作：
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disable_irq_nosync()；
- enable_irq()；
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void __enable_irq(struct irq_desc *desc, unsigned int irq, bool resume)
-
{
-
if (resume) {
-
......
-
}
-
-
switch (desc->depth) {
-
case 0:
-
err_out:
-
WARN(1, KERN_WARNING "Unbalanced enable for IRQ %d\n", irq);
-
break;
-
case 1: {
-
......
-
irq_enable(desc);
-
......
-
}
-
default:
-
desc->depth--;
-
}
- }
當depth的值爲1時，才真正地調用irq_enable()，它最終通過chip->unmask或chip->enable回調開啓中斷控制器中相應的中斷線，如果depth不是1，只是簡單地減去1。如果已經是0，驅動還要調用enable_irq，說明驅動程序處理不當，造成enable與disable不平衡，內核會打印一句警告信息：Unbalanced enable for IRQ xxx。
2. 中斷子系統內部數據結構訪問接口
我們知道，中斷子系統內部定義了幾個重要的數據結構，例如：irq_desc，irq_chip，irq_data等等，這些數據結構的各個字段控制或影響着中斷子系統和各個irq的行爲和實現方式。通常，驅動程序不應該直接訪問這些數據結構，直接訪問會破會中斷子系統的封裝性，爲此，中斷子系統爲我們提供了一系列的訪問接口函數，用於訪問這些數據結構。
存取irq_data結構相關字段的API：
irq_set_chip(irq, *chip) / irq_get_chip(irq) 通過irq編號，設置、獲取irq_cip結構指針；
irq_set_handler_data(irq, *data) / irq_get_handler_data(irq) 通過irq編號，設置、獲取irq_desc.irq_data.handler_data字段，該字段是每個irq的私有數據，通常用於硬件封裝層，例如中斷控制器級聯時，父irq用該字段保存子irq的起始編號。
irq_set_chip_data(irq, *data) / irq_get_chip_data(irq) 通過irq編號，設置、獲取irq_desc.irq_data.chip_data字段，該字段是每個中斷控制器的私有數據，通常用於硬件封裝層。
irq_set_irq_type(irq, type) 用於設置中斷的電氣類型，可選的類型有：
- IRQ_TYPE_EDGE_RISING
- IRQ_TYPE_EDGE_FALLING
- IRQ_TYPE_EDGE_BOTH
- IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH
- IRQ_TYPE_LEVEL_LOW
irq_get_irq_data(irq) 通過irq編號，獲取irq_data結構指針；
irq_data_get_irq_chip(irq_data *d) 通過irq_data指針，獲取irq_chip字段；
irq_data_get_irq_chip_data(irq_data *d) 通過irq_data指針，獲取chip_data字段；
irq_data_get_irq_handler_data(irq_data *d) 通過irq_data指針，獲取handler_data字段；
設置中斷流控處理回調API：
irq_set_handler(irq, handle) 設置中斷流控回調字段：irq_desc.handle_irq，參數handle的類型是irq_flow_handler_t。
irq_set_chip_and_handler(irq, *chip, handle) 同時設置中斷流控回調字段和irq_chip指針：irq_desc.handle_irq和irq_desc.irq_data.chip。
irq_set_chip_and_handler_name(irq, *chip, handle, *name) 同時設置中斷流控回調字段和irq_chip指針以及irq名字：irq_desc.handle_irq、irq_desc.irq_data.chip、irq_desc.name。
irq_set_chained_handler(irq, *chip, handle) 設置中斷流控回調字段：irq_desc.handle_irq，同時設置標誌：IRQ_NOREQUEST、IRQ_NOPROBE、IRQ_NOTHREAD，該api通常用於中斷控制器的級聯，父控制器通過該api設置流控回調後，同時設置上述三個標誌位，使得父控制器的中斷線不允許被驅動程序申請。
3. 在驅動程序中申請中斷
系統啓動階段，中斷子系統完成了必要的初始化工作，爲驅動程序申請中斷服務做好了準備，通常，我們用一下API申請中斷服務：
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request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t
handler,
-
irq_handler_t thread_fn,
- unsigned long flags, const char *name, void *dev);
handler 中斷服務回調函數，該回調運行在中斷上下文中，並且cpu的本地中斷處於關閉狀態，所以該回調函數應該只是執行需要快速響應的操作，執行時間應該儘可能短小，耗時的工作最好留給下面的thread_fn回調處理。
thread_fn 如果該參數不爲NULL，內核會爲該irq創建一個內核線程，當中斷髮生時，如果handler回調返回值是IRQ_WAKE_THREAD，內核將會激活中斷線程，在中斷線程中，該回調函數將被調用，所以，該回調函數運行在進程上下文中，允許進行阻塞操作。
flags 控制中斷行爲的位標誌，IRQF_XXXX，例如：IRQF_TRIGGER_RISING，IRQF_TRIGGER_LOW，IRQF_SHARED等，在include/linux/interrupt.h中定義。
name 申請本中斷服務的設備名稱，同時也作爲中斷線程的名稱，該名稱可以在/proc/interrupts文件中顯示。
dev 當多個設備的中斷線共享同一個irq時，它會作爲handler的參數，用於區分不同的設備。
下面我們分析一下request_threaded_irq的工作流程。函數先是根據irq編號取出對應的irq_desc實例的指針，然後分配了一個irqaction結構，用參數handler，thread_fn，irqflags，devname，dev_id初始化irqaction結構的各字段，同時做了一些必要的條件判斷：該irq是否禁止申請？handler和thread_fn不允許同時爲NULL，最後把大部分工作委託給__setup_irq函數：
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desc = irq_to_desc(irq);
-
if (!desc)
-
return -EINVAL;
-
-
if (!irq_settings_can_request(desc) ||
-
WARN_ON(irq_settings_is_per_cpu_devid(desc)))
-
return -EINVAL;
-
-
if (!handler) {
-
if (!thread_fn)
-
return -EINVAL;
-
handler = irq_default_primary_handler;
-
}
-
-
action = kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
-
if (!action)
-
return -ENOMEM;
-
-
action->handler = handler;
-
action->thread_fn = thread_fn;
-
action->flags = irqflags;
-
action->name = devname;
-
action->dev_id = dev_id;
-
-
chip_bus_lock(desc);
-
retval = __setup_irq(irq, desc, action);
- chip_bus_sync_unlock(desc);
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if (new->thread_fn && !nested) {
-
struct task_struct *t;
-
-
t = kthread_create(irq_thread, new, "irq/%d-%s", irq,
-
new->name);
-
if (IS_ERR(t)) {
-
ret = PTR_ERR(t);
-
goto out_mput;
-
}
-
/*
-
* We keep the reference to the task struct even if
-
* the thread dies to avoid that the interrupt code
-
* references an already freed task_struct.
-
*/
-
get_task_struct(t);
-
new->thread = t;
- }
- 一定要設置了IRQF_SHARED標誌
- 電氣觸發方式要完全一樣（IRQF_TRIGGER_XXXX）
-
IRQF_PERCPU要一致
-
IRQF_ONESHOT要一致
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/* add new interrupt at end of
irq queue */
-
do {
-
thread_mask |= old->thread_mask;
-
old_ptr = &old->next;
-
old = *old_ptr;
-
} while (old);
- shared = 1;
如果這不是一個共享中斷，或者是共享中斷的第一次申請，函數將初始化irq_desc結構中斷線程等待結構：wait_for_threads，disable_irq函數會使用該字段等待所有irq線程的結束。接下來設置中斷控制器的電氣觸發類型，然後處理一些必要的IRQF_XXXX標誌位。如果沒有設置IRQF_NOAUTOEN標誌，則調用irq_startup()打開該irq，在irq_startup()函數中irq_desc中的enable_irq/disable_irq嵌套深度字段depth設置爲0，代表該irq已經打開，如果在沒有任何disable_irq被調用的情況下，enable_irq將會打印一個警告信息。
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if (irq_settings_can_autoenable(desc))
-
irq_startup(desc);
-
else
-
/* Undo nested disables: */
- desc->depth = 1;
接着，設置cpu和irq的親緣關係：
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/* Set default affinity
mask once everything is setup */
- setup_affinity(irq, desc, mask);
然後，把新的irqaction實例鏈接到action鏈表的最後：
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new->irq = irq;
- *old_ptr = new;
最後，喚醒中斷線程，註冊相關的/proc文件節點：
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if (new->thread)
-
wake_up_process(new->thread);
-
-
register_irq_proc(irq, desc);
-
new->dir = NULL;
- register_handler_proc(irq, new);
至此，irq的申請宣告完畢，當中斷髮生時，處理的路徑將會沿着：irq_desc.handle_irq，irqaction.handler，irqaction.thread_fn（irqaction.handler的返回值是IRQ_WAKE_THREAD）這個過程進行處理。下圖表明瞭某個irq被申請後，各個數據結構之間的關係：
- 配置了CONFIG_SPARSE_IRQ內核配置項，使用基數樹動態管理irq_desc結構。
- 針對多功能複合設備，內部具備多箇中斷源，但中斷觸發引腳只有一個，爲了實現驅動程序的跨平臺，不希望這些中斷源的irq被硬編碼在板級代碼中。
- irq_set_chip_and_handler_name
-
irq_set_handler_data
-
irq_set_chip_data
在移動設備系統中，存在着大量的多功能複合設備，最常見的是一個芯片中，內部集成了多個功能部件，或者是一個模塊單元內部集成了功能部件，這些內部功能部件可以各自產生中斷請求，但是芯片或者硬件模塊對外只有一箇中斷請求引腳，我們可以使用多種方式處理這些設備的中斷請求，以下我們逐一討論這些方法。
對於這種複合設備，通常設備中會提供某種方式，以便讓CPU獲取真正的中斷來源， 方式可以是一個內部寄存器，gpio的狀態等等。單一中斷模式是指驅動程序只申請一個irq，然後在中斷處理程序中通過讀取設備的內部寄存器，獲取中斷源，然後根據不同的中斷源做出不同的處理，以下是一個簡化後的代碼：
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static int xxx_probe(device *dev)
-
{
-
......
-
irq = get_irq_from_dev(dev);
-
-
ret = request_threaded_irq(irq, NULL, xxx_irq_thread,
-
IRQF_TRIGGER_RISING,
-
"xxx_dev", NULL);
-
......
-
return 0;
-
}
-
-
static irqreturn_t xxx_irq_thread(int irq, void *data)
-
{
-
......
-
irq_src = read_device_irq();
-
switch (irq_src) {
-
case IRQ_SUB_DEV0:
-
ret = handle_sub_dev0_irq();
-
break;
-
case IRQ_SUB_DEV1:
-
ret = handle_sub_dev1_irq();
-
break;
-
......
-
default:
-
ret = IRQ_NONE;
-
break;
-
}
-
......
-
return ret;
- }
共享中斷模式充分利用了通用中斷子系統的特性，經過前面的討論，我們知道，irq對應的irq_desc結構中的action字段，本質上是一個鏈表，這給我們實現中斷共享提供了必要的基礎，只要我們以相同的irq編號多次申請中斷服務，那麼，action鏈表上就會有多個irqaction實例，當中斷髮生時，中斷子系統會遍歷action鏈表，逐個執行irqaction實例中的handler回調，根據handler回調的返回值不同，決定是否喚醒中斷線程。需要注意到是，申請多箇中斷時，irq編號要保持一致，flag參數最好也能保持一致，並且都要設上IRQF_SHARED標誌。在使用共享中斷時，最好handler和thread_fn都要提供，在各自的中斷處理回調handler中，做出以下處理：
- 判斷中斷是否來自本設備；
-
如果不是來自本設備：
- 直接返回IRQ_NONE；
-
如果是來自本設備：
- 關閉irq；
- 返回IRQ_WAKE_THREAD，喚醒中斷線程，thread_fn將會被執行；
- 首先，父中斷的irq編號可以從板級代碼的預定義中獲得，或者通過device的platform_data字段獲得；
- 使用父中斷的irq編號，利用irq_set_chained_handler函數修改父中斷的流控函數；
-
使用父中斷的irq編號，利用irq_set_handler_data設置流控函數的參數，該參數要能夠用於判別子控制器的中斷來源；
- 實現父中斷的流控函數，其中只需獲得並計算子設備的irq編號，然後調用generic_handle_irq即可；
- 爲設備內的中斷控制器實現一個irq_chip結構，實現其中必要的回調，例如irq_mask，irq_unmask，irq_ack等；
-
循環每一個子設備，做以下動作：
- 爲每個子設備，使用irq_alloc_descs函數申請irq編號；
- 使用irq_set_chip_data設置必要的cookie數據；
- 使用irq_set_chip_and_handler設置子控制器的irq_chip實例和子irq的流控處理程序，通常使用標準的流控函數，例如handle_edge_irq；
- 子設備的驅動程序使用自身申請到的irq編號，按照正常流程申請中斷服務即可。
- 首先，父中斷的irq編號可以從板級代碼的預定義中獲得，或者通過device的platform_data字段獲得；
- 使用父中斷的irq編號，利用request_threaded_irq函數申請中斷服務，需要提供thread_fn參數和dev_id參數；
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dev_id參數要能夠用於判別子控制器的中斷來源；
- 實現父中斷的thread_fn函數，其中只需獲得並計算子設備的irq編號，然後調用handle_nested_irq即可；
- 爲設備內的中斷控制器實現一個irq_chip結構，實現其中必要的回調，例如irq_mask，irq_unmask，irq_ack等；
-
循環每一個子設備，做以下動作：
- 爲每個子設備，使用irq_alloc_descs函數申請irq編號；
- 使用irq_set_chip_data設置必要的cookie數據；
- 使用irq_set_chip_and_handler設置子控制器的irq_chip實例和子irq的流控處理程序，通常使用標準的流控函數，例如handle_edge_irq；
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使用irq_set_nested_thread函數，把子設備irq的線程嵌套特性打開；
- 子設備的驅動程序使用自身申請到的irq編號，按照正常流程申請中斷服務即可。