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4.2.1 通过DTS传递物理中断号给Linux

article 2024/12/24 11:35:59

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4.2.1 通过DTS传递物理中断号给Linux

参考《GICv3_Software_Overview_Official_Release_B》，下表描述了GIC V3支持的INTID(硬件中断号)的范围。

SGI (Software Generated Interrupt)：软件触发的中断。Linux内核可以通过写GICD_SGIR寄存器来触发一个中断事件，用于CPU core之间的通信。

PPI (Private Peripheral Interrupt)：私有外设中断。这是每个核心私有的中断。PPI会送达到指定的CPU上，应用场景有CPU本地时钟。

SPI (Shared Peripheral Interrupt)：软件触发的中断。软件可以通过写GICD_SGIR寄存器来触发一个中断事件，一般用于核间通信。

LPI (Locality-specific Peripheral Interrupt)：LPI是GICv3中的新特性，是基于消息的中断。当前GIC V3驱动irq-gic-v3.c的参数gicv3_nolpi默认为0，所以默认是默认支持LPI的。

SOC芯片在设计的时候，不同设备会分配到自己固定的硬件中断号，一般在手册里都会说明。这些硬件中断号如何告知内核呢？通过open firmware device tree，经常简称device tree。设备树通常以 .dts（Device Tree Source）文件的形式编写，这是一种人类可读的文本格式。.dts 文件会被编译成二进制的 .dtb（Device Tree Blob）文件，供内核在启动时使用。

以dts中的timer设备为例，说明一下硬件中断号是如何传入Linux中的。

/dts-v1/;

/ {
    ......

    timer {
        compatible = "arm,armv8-timer";
        interrupts = <GIC_PPI 13 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(1) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>,
                     <GIC_PPI 14 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(1) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>,
                     <GIC_PPI 11 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(1) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>,
                     <GIC_PPI 10 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(1) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>;
    };

    ......
};

interrupts 属性定义了定时器产生的中断。每个中断由三个字段组成：

第一个字段是中断类型，0代表GIC_SPI，1代表GIC_PPI

第二个字段是中断号。这个中断号并不是GIC中的硬件中断号，而是PPI或SPI各自范围的逻辑编号。对于PPI来说，范围是0~15；对于SPI来说，范围是0~987。例子中有四个PPI中断号：中断号13 (0x0d)、中断号14 (0x0e)、中断号11 (0x0b)、中断号10 (0x0a)。
第三个字段是中断的属性，包括2个字节。低字节是中断的触发类型，在这个例子中，中断是高电平触发。高字节表示中断的目标 CPU 掩码，例如GIC_CPU_MASK_SIMPLE(8)可以表示所有 8 个 CPU 都可以接收这个中断。

dts里面的中断号，是如何传递到Linux中呢？Linux根据dts中的timer节点来创建设备时，需要计算出真实的hwirq。以GIC IRQ V3来说，使用gic_irq_domain_translate函数，根据中断类型进行转换。对于PPI，要加上16；对于SPI，要加上32.

最后一个问题，对于timer设备来说，四个中断最终使用哪个中断？根据compatible = "arm,armv8-timer"，确认匹配的驱动程序为drivers/clocksource/arm_arch_timer.c。四个中断的定义在include/clocksource/arm_arch_timer.h。

drivers/clocksource/arm_arch_timer.c
TIMER_OF_DECLARE(armv8_arch_timer, "arm,armv8-timer", arch_timer_of_init);

include/clocksource/arm_arch_timer.h
enum arch_timer_ppi_nr {
    ARCH_TIMER_PHYS_SECURE_PPI,   // 对应timer中的PPI 13
    ARCH_TIMER_PHYS_NONSECURE_PPI, //对应timer中的PPI 14
    ARCH_TIMER_VIRT_PPI,          //对应timer中的PPI 11
    ARCH_TIMER_HYP_PPI,           //对应timer中的PPI 10
    ARCH_TIMER_MAX_TIMER_PPI      // 用于边界检查
};

以我用的QEMU virt为例，arch_timer_of_init调用arch_timer_select_ppi()选择了ARCH_TIMER_VIRT_PPI，对应timer中的PPI 11。根据上面的分析，针对PPI中断，Linux会加上偏移量16，最终得到hwirq 27！