中断管理基础学习笔记 - 5.2 ARM64高层中断处理【转】
转自：https://blog.csdn.net/jasonactions/article/details/115751815
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1. 前言
2. gic_handle_irq
|- -irq_enter
|- -generic_handle_irq
|- -irq_exit
|- - -local_softirq_pending
参考文档
1. 前言
本专题我们开始学习进程管理部分。本文主要参考了《奔跑吧, Linux内核》、ULA、ULK的相关内容。
本专题记录ARM架构下中断是如何管理的，Linux内核中的中断管理机制是如何设计与实现的，以及常用的下半部机制，如软中断、tasklet、workqueue等。本文及后续中断相关笔记均以qemu 5.0.0内嵌平台为例，中断控制器采用GIC-400控制器，支持GIC version2技术规范。本文开始介绍ARM64的中断处理过程，上一节介绍了底层硬件中断的处理过程，其中会调用到handle_arch_irq，在中断管理基础学习笔记 - 2.中断控制器初始化一节的gic_of_init->set_handle_irq中介绍过，会将handle_arch_irq初始化为gic_handle_irq，这个就作为中断的顶层处理函数，本节会详细说明gic_handle_irq函数的处理流程。
kernel版本：5.10
平台：arm64
注：
为方便阅读，正文标题采用分级结构标识，每一级用一个"-“表示，如：两级为”|- -", 三级为”|- - -“
2. gic_handle_irq
<drivers/irqchip/irq-gic.c>
static void __exception_irq_entry gic_handle_irq(struct pt_regs *regs)
|--struct gic_chip_data *gic = &gic_data[0];
|--void __iomem *cpu_base = gic_data_cpu_base(gic);
|--do {
//读取GIC的GICC_IAR寄存器，读取行为本身是对中断的ack
irqstat = readl_relaxed(cpu_base + GIC_CPU_INTACK);
//获取发生中断的硬中断号
irqnr = irqstat & GICC_IAR_INT_ID_MASK;
if (unlikely(irqnr >= 1020))
break;
//写入GICC_EOIR寄存器，通知CPU interface中断处理完成
if (static_branch_likely(&supports_deactivate_key))
writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_EOI);
isb();
//对SGI私有中断的处理
if (irqnr <= 15)
smp_rmb();
this_cpu_write(sgi_intid, irqstat);
handle_domain_irq(gic->domain, irqnr, regs);
} while (1);
中断高层处理，这里有个疑问while循环是如何退出的？难道没有中断的时候GICC_IAR的bit0~bit9全1？
readl_relaxed(cpu_base + GIC_CPU_INTACK);：读取GIC的GICC_IAR寄存器，读取行为本身是对中断的ack，根据中断管理基础学习笔记 - 1.概述一节中介绍的gic状态机，读取GICC_IAR寄存器就是对中断的ACK，会让中断从pending状态进入到active状态；
writel_relaxed(irqstat, cpu_base + GIC_CPU_EOI)：写入GICC_EOIR寄存器，通知CPU interface中断处理完成，此时就是deactive 中断，让中断从active状态转到inactive状态；
handle_domain_irq：前面介绍中断控制器初始化一文，对于gic中断控制器来讲会执行gic_of_init初始化，他会创建并注册irq_domain，此处的gic->domain就是gic初始化时创建的，它代表了中断控制器；在创建软硬中断号映射一文中，通过遍历dts中中断节点，为每个硬中断号创建了映射，并将映射关系保存在irq_domain->linear_revmap数组或revmap_tree树中，其中以硬中断号为索引。此处参数irqnr就是硬中断号，通过它可以知道软中断号，以软中断号为索引可以获取到irq_desc，进一步获取到irq_data，并获取到irqaction进行处理。
handle_domain_irq(struct irq_domain *domain,unsigned int hwirq, struct pt_regs *regs)
|--__handle_domain_irq(domain, hwirq, true, regs);
|--unsigned int irq = hwirq;
|--irq_enter();
| //以硬中断号为索引软中断号返回给irq
|--irq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
|--generic_handle_irq(irq);
|--irq_exit();
irq_enter：显示的告诉Linux内核现在进入中断上下文，主要通过增加preempt.count的HARDIRQ域计数值来实现；
irq_find_mapping：以硬中断号为索引软中断号返回给irq，这里rq_domian会维护软硬中断号的映射关系，通过irq_domain可以获取到软中断号，其中如果hwirq < domain->revmap_size，则会直接通过domain->linear_revmap[hwirq]返回，否则以hwirq为索引通过domain->revmap_tree查找获得irq_data，irq_data->irq中就保存了对应的软中断号；
generic_handle_irq：为通用中断处理的主函数
irq_exit：与irq_enter相匹配进行递减，并处理软中断
|- -irq_enter
void irq_enter(void)//Enter an interrupt context including RCU update
|--rcu_irq_enter();
|--irq_enter_rcu();
|--if (is_idle_task(current) && !in_interrupt())
| local_bh_disable();
| tick_irq_enter();
| _local_bh_enable();
|--__irq_enter();
|--account_irq_enter_time(current);
|--preempt_count_add(HARDIRQ_OFFSET);
| |-- __preempt_count_add(val);
| |--u32 pc = READ_ONCE(current_thread_info()->preempt.count);
| |--pc += val;
| |--WRITE_ONCE(current_thread_info()->preempt.count, pc);
|--lockdep_hardirq_enter();
从上面可以看出irq_enter->preempt_count_add->__preempt_count_add主要通过操作了current_thread_info()->preempt.count变量，此变量主要用于计数操作，由参数HARDIRQ_OFFSET可知操作的是硬件中断计数器，它占用4个bit，此计数值非0表示当前处于硬件中断上下文处理，此处是累加了preempt.count的HARDIRQ域的计数值，表示当前处于硬件中断上下文，同样在irq_exit时需要匹配递减。
/*
* We put the hardirq and softirq counter into the preemption
* counter. The bitmask has the following meaning:
*
* - bits 0-7 are the preemption count (max preemption depth: 256)
* - bits 8-15 are the softirq count (max # of softirqs: 256)
*
* The hardirq count could in theory be the same as the number of
* interrupts in the system, but we run all interrupt handlers with
* interrupts disabled, so we cannot have nesting interrupts. Though
* there are a few palaeontologic drivers which reenable interrupts in
* the handler, so we need more than one bit here.
*
* PREEMPT_MASK: 0x000000ff
* SOFTIRQ_MASK: 0x0000ff00
* HARDIRQ_MASK: 0x000f0000
* NMI_MASK: 0x00f00000
* PREEMPT_NEED_RESCHED: 0x80000000
*/
/*
*
#define PREEMPT_BITS 8
#define SOFTIRQ_BITS 8
#define HARDIRQ_BITS 4
#define NMI_BITS 4
#define PREEMPT_SHIFT 0
#define SOFTIRQ_SHIFT (PREEMPT_SHIFT + PREEMPT_BITS)
#define HARDIRQ_SHIFT (SOFTIRQ_SHIFT + SOFTIRQ_BITS)
#define NMI_SHIFT (HARDIRQ_SHIFT + HARDIRQ_BITS)
#define __IRQ_MASK(x) ((1UL << (x))-1)
#define PREEMPT_MASK (__IRQ_MASK(PREEMPT_BITS) << PREEMPT_SHIFT)
#define SOFTIRQ_MASK (__IRQ_MASK(SOFTIRQ_BITS) << SOFTIRQ_SHIFT)
#define HARDIRQ_MASK (__IRQ_MASK(HARDIRQ_BITS) << HARDIRQ_SHIFT)
#define NMI_MASK (__IRQ_MASK(NMI_BITS) << NMI_SHIFT)
#define PREEMPT_OFFSET (1UL << PREEMPT_SHIFT)
#define SOFTIRQ_OFFSET (1UL << SOFTIRQ_SHIFT)
#define HARDIRQ_OFFSET (1UL << HARDIRQ_SHIFT)
#define NMI_OFFSET (1UL << NMI_SHIFT)
通过如上可知：current_thread_info()->preempt.count变量的计数值按如下进行划分：
|- -generic_handle_irq
int generic_handle_irq(unsigned int irq)
|--struct irq_desc *desc = irq_to_desc(irq);
|--generic_handle_irq_desc(desc);
|--desc->handle_irq(desc)
|--handle_fasteoi_irq（desc）
|--handle_irq_event(desc);
|--__handle_irq_event_percpu(desc, &flags);
|--for_each_action_of_desc(desc, action)
| //标记中断被强制线程化
|--if (irq_settings_can_thread(desc) &&
| !(action->flags & (IRQF_NO_THREAD | IRQF_PERCPU | IRQF_ONESHOT)))
| lockdep_hardirq_threaded();
|--res = action->handler(irq, action->dev_id);
|--switch (res)
//primary handler处理完毕，需要唤醒中断线程
case IRQ_WAKE_THREAD:
__irq_wake_thread(desc, action);
//无中断线程
case IRQ_HANDLED:
*flags |= action->flags;
generic_handle_irq为通用中断处理
desc->handle_irq(desc)： 我们在中断管理基础学习笔记 - 3. 创建软硬中断号映射一文的irq_domain_associate中初始化desc->handle_irq为handle_fasteoi_irq，那里我们提到了与handle_arch_irq是何种关系？此处可以做出回答，handle_arch_irq可以理解为中断从底层处理迈入顶层处理的入口，而desc->handle_irq为中断的回调，handle_arch_irq通过层层跋涉最终会调用到desc->handle_irq，并最终调用irqaction->handler，此处desc->handle_irq为handle_fasteoi_irq。
action->handler：此处就是注册中断一文中介绍的，request_threaded_irq会将参数handler传递给action->handler，此函数如果为空，将采用默认的irq_default_primary_handler，他将返回IRQ_WAKE_THREAD，唤醒中断线程执行，中断线程在注册中断时创建；如果primary handler返回的是IRQ_HANDLED，则表示没有中断线程
|- -irq_exit
void irq_exit(void)
|--__irq_exit_rcu();
| |--local_irq_disable();
| |--account_irq_exit_time(current);
| | //与irq_enter的对应域匹配，递减
| |--preempt_count_sub(HARDIRQ_OFFSET);
| | //退出中断上下文并且当前有软中断pending
| |--if (!in_interrupt() && local_softirq_pending())
| | //对软中断进行处理
| | invoke_softirq();
| |--tick_irq_exit();
|--rcu_irq_exit();
|--lockdep_hardirq_exit();
local_softirq_pending：主要用来判断当前是否有软中断pending
invoke_softirq：对软中断进行处理，后面会详细说明
|- - -local_softirq_pending
#define local_softirq_pending() (__this_cpu_read(local_softirq_pending_ref))
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local_softirq_pending主要用来判断是否有软中断pending，其中local_softirq_pending_ref的定义如下：
#ifndef local_softirq_pending_ref
#define local_softirq_pending_ref irq_stat.__softirq_pending
#endif
这里irq_stat的定义如下：
#ifndef __ARCH_IRQ_STAT
DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(irq_cpustat_t, irq_stat);
EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(irq_stat)
#endif
irq_cpustat_t的定义如下：
typedef struct {
unsigned int __softirq_pending;
} ____cacheline_aligned irq_cpustat_t;
由此可见local_softirq_pending就是判断__softirq_pending的值是否为0，如果不为0表示软中断pending，__softirq_pending的不同bit位表示不同的软中断，在触发软中断时会设置。下一节介绍软中断时再来详细说明
参考文档
奔跑吧，Linux内核
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