隨着硬件技術的發展，中斷控制芯片已經不再是傳統的ISA總線連着的簡單PIC了，APIC，MSI，MSIX等等的詞語大家已經非常的熟悉。同時，Linux內核也在不斷髮展，它在中斷上的實現也越來越複雜，在這裏我來討論介紹一下Linux x86 架構下的中斷初始化過程。
在start_kernel()之前的中斷門初始化就不多囉嗦了，在隨便的內核教科書裏都能看到，這裏就從start_kernel以後開始。
1.8259a、LAPIC相關數據結構初始化
在Linux之中對於每一箇中斷有兩個重要的數據結構與之對應，他們分別是中斷門描述符gate_desc和中斷請求描述符irq_desc。
我們所謂的中斷初始化也就是對這兩個數據結構進行初始化。
gate_desc
gate_desc很簡單，就是一個有着高CPL的普通門描述符。關鍵就是有一個成員是中斷門函數地址，這個地址我們可以直接保存我們的ISR（中斷服務程序），也可以保存一個一般中斷的入口地址，然後通過這個入口地址指向irq_desc裏面保存的ISR，的確Linux就是這樣分多種情況實現的。
irq_desc
irq_desc裏面成員就非常多並且複雜了，由於本文主要描述中斷初始化過程，所以對觸發過程順便帶過，關於中斷的各種觸發方式和處理過程會在其他文章中詳細講述。
struct irq_desc {
unsigned int irq;
unsigned int *kstat_irqs;
irq_flow_handler_t handle_irq;
struct irqaction *action;
struct irq_chip *chip;
struct msi_desc *msi_desc;
void *handler_data;
void *chip_data;
const char *name;
...
...s
}
其中中斷芯片結構指針*chip，中斷觸發方式 handle_irq，以及中斷服務程序鏈表*action。
中斷初始化路徑：start_kernel() -> init_IRQ() -> native_init_IRQ() ->
void __init native_init_IRQ(void)
{
int i;
/* 初始化8259a PIC中斷控制器相關數據結構*/
x86_init.irqs.pre_vector_init();
/* 初始化SMP的APIC中斷門描述符*/
apic_intr_init();
/*在這裏進行遍歷所有的中斷門，將所有還沒有配置得中斷門進行統一配置，在這裏有一個interrupt函數數組指針，當中斷髮生的時候將會觸發這個interrupt函數，然後所有的interrupt都會從調用do_IRQ的函數，在do_IRQ（）裏面觸發真正的中斷服務程序。 */
for (i = FIRST_EXTERNAL_VECTOR; i < NR_VECTORS; i++) {
if (!test_bit(i, used_vectors))
set_intr_gate(i, interrupt[i-FIRST_EXTERNAL_VECTOR]);
}
}
(1)初始化8259a相關
void __init init_ISA_irqs(void)
{
int i;
/*初始化PIC和local APIC芯片，通過寫IO，對芯片進行初始化。*/
#if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
init_bsp_APIC();
#endif
init_8259A(0);
/*在這裏將8259a控制的16箇中斷進行芯片初始化。並且設置電平觸發方式，這樣是對上面說的irq_desc這個結構進行初始化，當然這裏只是PIC芯片部分。*/
for (i = 0; i < NR_IRQS_LEGACY; i++) {
struct irq_desc *desc = irq_to_desc(i);
desc->status = IRQ_DISABLED;
desc->action = NULL;
desc->depth = 1;
set_irq_chip_and_handler_name(i, &i8259A_chip,
handle_level_irq, "XT");
}
}
(2)Apic默認基本中斷門初始化。
static void __init apic_intr_init(void)
{
smp_intr_init();
#ifdef CONFIG_X86_THERMAL_VECTOR
alloc_intr_gate(THERMAL_APIC_VECTOR, thermal_interrupt);
#endif
#ifdef CONFIG_X86_MCE_THRESHOLD
alloc_intr_gate(THRESHOLD_APIC_VECTOR, threshold_interrupt);
#endif
#if defined(CONFIG_X86_MCE) && defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
alloc_intr_gate(MCE_SELF_VECTOR, mce_self_interrupt);
#endif
#if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
/* self generated IPI for local APIC timer */
alloc_intr_gate(LOCAL_TIMER_VECTOR, apic_timer_interrupt);
/* IPI for X86 platform specific use */
alloc_intr_gate(X86_PLATFORM_IPI_VECTOR, x86_platform_ipi);
/* IPI vectors for APIC spurious and error interrupts */
alloc_intr_gate(SPURIOUS_APIC_VECTOR, spurious_interrupt);
alloc_intr_gate(ERROR_APIC_VECTOR, error_interrupt);
/* Performance monitoring interrupts: */
# ifdef CONFIG_PERF_EVENTS
alloc_intr_gate(LOCAL_PENDING_VECTOR, perf_pending_interrupt);
# endif
#endif
}
我們可以看到這些中斷初始化很特別，就像我們設置的陷阱門系統調用一樣，將中斷處理函數直接放在中斷門得指向地址，這樣只要中斷到來，一旦通過中斷門將直接跳像中斷處理函數，而忽略了irq_desc部分，不需要考慮怎麼觸發，不需要考慮怎麼調度。我們在Linux用
cat /proc/interrupts 也可以看到這些中斷與衆不同，如下圖。這些中斷左邊顯示的不是中斷請求號，而是一個標識，右邊顯示的也不是中斷控制芯片的信息。
（3）剩餘中斷門得初始化
初始化完特殊的中斷以後，接着就將剩餘的中斷門統一進行初始化，執行統一的interrupt出口。這個就是上面說的gate_desc結構體的大部分初始化地方。
2.IO-APIC相關數據結構初始化
之前我們講到了8259a PIC中斷芯片以及local APIC初始化，然後接着是IO-APIC中斷分發芯片結構體初始化。
初始化路徑：start_kernel() -> rest_init -> kernel_thread() -> kernel -> smp_init() -> APIC_init_uniprocessor() -> setup_IO_APIC() -> setup_IO_APIC_irqs() -> ioapic_register_intr()
(1)在setup_IO_APIC_irqs()函數中，將所有註冊了的IOAPIC中斷請求結構體進行遍歷，註冊中斷默認類型等信息。
static void __init setup_IO_APIC_irqs(void)
{
int apic_id = 0, pin, idx, irq;
int notcon = 0;
struct irq_desc *desc;
struct irq_cfg *cfg;
int node = cpu_to_node(boot_cpu_id);
apic_printk(APIC_VERBOSE, KERN_DEBUG "init IO_APIC IRQs/n");
#ifdef CONFIG_ACPI
if (!acpi_disabled && acpi_ioapic) {
apic_id = mp_find_ioapic(0);
if (apic_id < 0)
apic_id = 0;
}
#endif
//遍歷所有的註冊中斷請求設備
for (pin = 0; pin < nr_ioapic_registers[apic_id]; pin++) {
idx = find_irq_entry(apic_id, pin, mp_INT);
if (idx == -1) {
if (!notcon) {
notcon = 1;
apic_printk(APIC_VERBOSE,
KERN_DEBUG " %d-%d",
mp_ioapics[apic_id].apicid, pin);
} else
apic_printk(APIC_VERBOSE, " %d-%d",
mp_ioapics[apic_id].apicid, pin);
continue;
}
if (notcon) {
apic_printk(APIC_VERBOSE,
" (apicid-pin) not connected/n");
notcon = 0;
}
irq = pin_2_irq(idx, apic_id, pin);
/*
* Skip the timer IRQ if there's a quirk handler
* installed and if it returns 1:
*/
if (apic->multi_timer_check &&
apic->multi_timer_check(apic_id, irq))
continue;
desc = irq_to_desc_alloc_node(irq, node);
if (!desc) {
printk(KERN_INFO "can not get irq_desc for %d/n", irq);
continue;
}
cfg = desc->chip_data;
add_pin_to_irq_node(cfg, node, apic_id, pin);
/*
* don't mark it in pin_programmed, so later acpi could
* set it correctly when irq < 16
*/
//設置中斷觸發類型
setup_IO_APIC_irq(apic_id, pin, irq, desc,
irq_trigger(idx), irq_polarity(idx));
}
if (notcon)
apic_printk(APIC_VERBOSE,
" (apicid-pin) not connected/n");
}
（2）註冊ioapic芯片，如果和8259有衝突就覆蓋。
static void setup_IO_APIC_irq(int apic_id, int pin, unsigned int irq, struct irq_desc *desc,
int trigger, int polarity)
{
struct irq_cfg *cfg;
struct IO_APIC_route_entry entry;
unsigned int dest;
if (!IO_APIC_IRQ(irq))
return;
cfg = desc->chip_data;
if (assign_irq_vector(irq, cfg, apic->target_cpus()))
return;
dest = apic->cpu_mask_to_apicid_and(cfg->domain, apic->target_cpus());
apic_printk(APIC_VERBOSE,KERN_DEBUG
"IOAPIC[%d]: Set routing entry (%d-%d -> 0x%x -> "
"IRQ %d Mode:%i Active:%i)/n",
apic_id, mp_ioapics[apic_id].apicid, pin, cfg->vector,
irq, trigger, polarity);
if (setup_ioapic_entry(mp_ioapics[apic_id].apicid, irq, &entry,
dest, trigger, polarity, cfg->vector, pin)) {
printk("Failed to setup ioapic entry for ioapic %d, pin %d/n",
mp_ioapics[apic_id].apicid, pin);
__clear_irq_vector(irq, cfg);
return;
}
//註冊中斷芯片，覆蓋之前初始化的8259芯片。
ioapic_register_intr(irq, desc, trigger);
if (irq < nr_legacy_irqs)
disable_8259A_irq(irq);
ioapic_write_entry(apic_id, pin, entry);
}
static void ioapic_register_intr(int irq, struct irq_desc *desc, unsigned long trigger)
{
if ((trigger == IOAPIC_AUTO && IO_APIC_irq_trigger(irq)) ||
trigger == IOAPIC_LEVEL)
desc->status |= IRQ_LEVEL;
else
desc->status &= ~IRQ_LEVEL;
if (irq_remapped(irq)) {
desc->status |= IRQ_MOVE_PCNTXT;
if (trigger)
set_irq_chip_and_handler_name(irq, &ir_ioapic_chip,
handle_fasteoi_irq,
"fasteoi");
else
set_irq_chip_and_handler_name(irq, &ir_ioapic_chip,
handle_edge_irq, "edge");
return;
}
if ((trigger == IOAPIC_AUTO && IO_APIC_irq_trigger(irq)) ||
trigger == IOAPIC_LEVEL)
set_irq_chip_and_handler_name(irq, &ioapic_chip,
handle_fasteoi_irq,
"fasteoi");
else
set_irq_chip_and_handler_name(irq, &ioapic_chip,
handle_edge_irq, "edge");
}
到這裏，我們中斷請求的數據結構irq_desc也基本初始化完了，每個中斷都分配了默認的處理控制芯片，默認的觸發方式，和共同的觸發函數入口，而我們平時寫驅動的時候就可以直接調用request_irq將特殊的設備中斷服務程序添加到對應的中斷請求結構體中，就能實現我們需要的中斷了。