中断控制器（中断控制器）

时间2025-08-03 16:51:09分类IT科技浏览7137

导读：在Linux内核中，各个设备驱动可以简单地调用request_irq（）、enable_irq（）、disable_irq（）、 local_irq_disable（）、local_irq_enable（）等通用API来完成中断申请、使能、禁止等功能。...

在Linux内核中，各个设备驱动可以简单地调用request_irq（）、enable_irq（）、disable_irq（）、

local_irq_disable（）、local_irq_enable（）等通用API来完成中断申请、使能、禁止等功能。

local_irq_disable（）、local_irq_enable（）的实现与具体中断控制器无关，对于ARM v6以上的体系结

构而言，是直接调用CPSID/CPSIE指令进行，而对于ARM v6以前的体系结构，则是通过MRS 、MSR指令

来读取和设置ARM的CPSR寄存器。由此可见，local_irq_disable（）、local_irq_enable（）针对的并不是

外部的中断控制器，而是直接让CPU本身不响应中断请求。相关的实现位于arch/arm/include/asm/irqflags.h

中 1#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 6 2 3static inline unsigned long arch_local_irq_save(void) 4{ 5 unsigned long flags; 6 7 asm volatile( 8 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_save\n" 9 " cpsid i" 10 : "=r" (flags) : : "memory", "cc"); 11 return flags; 12} 13 14static inline void arch_local_irq_enable(void) 15{ 16 asm volatile( 17 " cpsie i @ arch_local_irq_enable" 18 : 19 : 20 : "memory", "cc"); 21} 22 23static inline void arch_local_irq_disable(void) 24{ 25 asm volatile( 26 " cpsid i @ arch_local_irq_disable" 27 : 28 : 29 : "memory", "cc"); 30} 31#else 32 33/* 34 * Save the current interrupt enable state & disable IRQs 35 */ 36static inline unsigned long arch_local_irq_save(void) 37{ 38 unsigned long flags, temp; 39 40 asm volatile( 41 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_save\n" 42 " orr %1, %0, #128\n" 43 " msr cpsr_c, %1" 44 : "=r" (flags), "=r" (temp) 45 : 46 : "memory", "cc"); 47 return flags; 48} 49 50/* 51 * Enable IRQs 52 */ 53static inline void arch_local_irq_enable(void) 54{ 55 unsigned long temp; 56 asm volatile( 57 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_enable\n" 58 " bic %0, %0, #128\n" 59 " msr cpsr_c, %0" 60 : "=r" (temp) 61 : 62 : "memory", "cc"); 63} 64 65/* 66 * Disable IRQs 67 */ 68static inline void arch_local_irq_disable(void) 69{ 70 unsigned long temp; 71 asm volatile( 72 " mrs %0, cpsr @ arch_local_irq_disable\n" 73 " orr %0, %0, #128\n" 74 " msr cpsr_c, %0" 75 : "=r" (temp) 76 : 77 : "memory", "cc"); 78} 79 #endif

与local_irq_disable（）和local_irq_enable（）不同，disable_irq（）、enable_irq（）针对的则是中断

控制器，因此它们适用的对象是某个中断。disable_irq（）的字面意思是暂时屏蔽掉某中断（其实在内核

的实现层面上做了延后屏蔽），直到enable_irq（）后再执行ISR 。实际上，屏蔽中断可以发生在外设、中

断控制器、CPU三个位置，如图1所示。对于外设端，是从源头上就不产生中断信号给中断控制器，由

于它高度依赖于外设于本身，所以Linux不提供标准的API而是由外设的驱动直接读写自身的寄存器。

在内核中，通过irq_chip结构体来描述中断控制器。该结构体内部封装了中断mask、unmask 、ack等成

员函数，其定义于include/linux/irq.h中，如代码清单4所示。 1struct irq_chip { 2 const char *name; 3 unsigned int (*irq_startup)(struct irq_data *data); 4 void (*irq_shutdown)(struct irq_data *data); 5 void (*irq_enable)(struct irq_data *data); 6 void (*irq_disable)(struct irq_data *data); 7 8 void (*irq_ack)(struct irq_data *data); 9 void (*irq_mask)(struct irq_data *data); 10 void (*irq_mask_ack)(struct irq_data *data); 11 void (*irq_unmask)(struct irq_data *data); 12 void (*irq_eoi)(struct irq_data *data); 13 14 int (*irq_set_affinity)(struct irq_data *data, const struct cpumask *dest, bool force); 15 int (*irq_retrigger)(struct irq_data *data); 16 int (*irq_set_type)(struct irq_data *data, unsigned int flow_type); 17 int (*irq_set_wake)(struct irq_data *data, unsigned int on); 18};

各个芯片公司会将芯片内部的中断控制器实现为irq_chip驱动的形式。受限于中断控制器硬件的能

力，这些成员函数并不一定需要全部实现，有时候只需要实现其中的部分函数即可。譬如

drivers/pinctrl/sirf/pinctrl-sirf.c驱动中的下面代码部分： static struct irq_chip sirfsoc_irq_chip = { .name = "sirf-gpio-irq", .irq_ack = sirfsoc_gpio_irq_ack, .irq_mask = sirfsoc_gpio_irq_mask, .irq_unmask = sirfsoc_gpio_irq_unmask, .irq_set_type = sirfsoc_gpio_irq_type, };

我们只实现了其中的ack 、mask、unmask和set_type成员函数，ack函数用于清中断，mask 、unmask用

于中断屏蔽和取消中断屏蔽、set_type则用于配置中断的触发方式，如高电平、低电平、上升沿、下降沿

等。至于到enable_irq（）的时候，虽然没有实现irq_enable（）成员函数，但是内核会间接调用

irq_unmask（）成员函数，这点从kernel/irq/chip.c中可以看出： void irq_enable(struct irq_desc *desc) { irq_state_clr_disabled(desc); if (desc->irq_data.chip->irq_enable) desc->irq_data.chip->irq_enable(&desc->irq_data); else desc->irq_data.chip->irq_unmask(&desc->irq_data); irq_state_clr_masked(desc); }

在芯片内部，中断控制器可能不止1个，多个中断控制器之间还很可能是级联的。举个例子，假设芯

片内部有一个中断控制器，支持32个中断源，其中有4个来源于GPIO控制器外围的4组GPIO，每组GPIO

上又有32个中断（许多芯片的GPIO控制器也同时是一个中断控制器），其关系如图4所示。

图4 中断控制器典型分布图

那么，一般来讲，在实际操作中，gpio0_0~gpio0_31这些引脚本身在第1级会使用中断号28 ，而这些

引脚本身的中断号在实现与GPIO控制器对应的irq_chip驱动时，我们又会把它映射到Linux系统的32~63号

中断。同理，gpio1_0~gpio1_31这些引脚本身在第1级会使用中断号29 ，而这些引脚本身的中断号在实现

与GPIO控制器对应的irq_chip驱动时，我们又会把它映射到Linux系统的64~95号中断，以此类推。对于中

断号的使用者而言，无须看到这种2级映射关系。如果某设备想申请与gpio1_0这个引脚对应的中断，它只

需要申请64号中断即可。这个关系图看起来如图5所示。

图5 中断级联与映射

要特别注意的是，上述图4和5中所涉及的中断号的数值，无论是base还是具体某个GPIO对应的

中断号是多少，都不一定是如图20.4和图20.5所描述的简单线性映射。Linux使用IRQ Domain来描述一个

中断控制器所管理的中断源。换句话说，每个中断控制器都有自己的Domain 。我们可以将IRQ Domain看

作是IRQ控制器的软件抽象。在添加IRQ Domain的时候，内核中存在的映射方法有：

irq_domain_add_legacy（）、irq_domain_add_linear（）、irq_domain_add_tree（）等。

irq_domain_add_legacy（）实际上是一种过时的方法，它一般是由IRQ控制器驱动直接指定中断源硬

件意义上的偏移（一般称为hwirq）和Linux逻辑上的中断号的映射关系。类似图20.5的指定映射可以被这

种方法弄出来。irq_domain_add_linear（）则在中断源和irq_desc之间建立线性映射，内核针对这个IRQ

Domain维护了一个hwirq和Linux逻辑IRQ之间关系的一个表，这个时候我们其实也完全不关心逻辑中断号

了；irq_domain_add_tree（）则更加灵活，逻辑中断号和hwirq之间的映射关系是用一棵radix树来描述的，

我们需要通过查找的方法来寻找hwirq和Linux逻辑IRQ之间的关系，一般适合某中断控制器支持非常多中

断源的情况。

实际上，在当前的内核中，中断号更多的是一个逻辑概念，具体数值是多少不是很关键。人们更多的

是关心在设备树中设置正确的interrupt_parrent和相对该interrupt_parent的偏移。

以drivers/pinctrl/sirf/pinctrl-sirf.c的irq_chip部分为例，在sirfsoc_gpio_probe（）函数中，每组GPIO的中

断都通过gpiochip_set_chained_irqchip（）级联到上一级中断控制器的中断。

代码清单5　二级GPIO中断级联到一级中断控制器

1static int sirfsoc_gpio_probe(struct device_node *np) 2{ 3... 4for (i = 0; i < SIRFSOC_GPIO_NO_OF_BANKS; i++) { 5 bank = &sgpio->sgpio_bank[i]; 6 spin_lock_init(&bank->lock); 7 bank->parent_irq = platform_get_irq(pdev, i); 8 if (bank->parent_irq < 0) { 9 err = bank->parent_irq; 10 goto out_banks; 11 } 12 13 gpiochip_set_chained_irqchip(&sgpio->chip.gc, 14 &sirfsoc_irq_chip, 15 bank->parent_irq, 16 sirfsoc_gpio_handle_irq); 17} 18 19... 20}

下面用一个实例来呈现这个过程，假设GPIO0_0~31对应上级中断号28 ，而外设A使用了GPIO0_5（即

第0组GPIO的第5个），并假定外设A的中断号为37，即32+5 ，中断服务程序为deva_isr（）。那么，当

GPIO0_5中断发生的时候，内核的调用顺序是：sirfsoc_gpio_handle_irq（）->generic_handle_irq（）-

deva_isr（）。如果硬件的中断系统有更深的层次，这种软件上的中断服务程序级联实际上可以有更深的

级别。

在上述实例中，GPIO0_0~31的interrupt_parrent实际是上级中断控制器，而外设A的interrupt_parrent就

是GPIO0 ，这些都会在设备树中进行呈现。

特别值得一提的是，目前多数主流ARM芯片内部的一级中断控制器都使用了ARM公司的GIC ，我们

几乎不需要实现任何代码，只需要在设备树中添加相关的节点。

如在arch/arm/boot/dts/exynos5250.dtsi中即含有：

gic:interrupt-controller@10481000 { compatible = "arm,cortex-a9-gic"; #interrupt-cells = <3>; interrupt-controller; reg = <0x10481000 0x1000>, <0x10482000 0x2000>; };

打开drivers/irqchip/irq-gic.c ，发现GIC驱动的入口声明如下：

IRQCHIP_DECLARE(gic_400, "arm,gic-400", gic_of_init); IRQCHIP_DECLARE(cortex_a15_gic, "arm,cortex-a15-gic", gic_of_init); IRQCHIP_DECLARE(cortex_a9_gic, "arm,cortex-a9-gic", gic_of_init); IRQCHIP_DECLARE(cortex_a7_gic, "arm,cortex-a7-gic", gic_of_init); IRQCHIP_DECLARE(msm_8660_qgic, "qcom,msm-8660-qgic", gic_of_init); IRQCHIP_DECLARE(msm_qgic2, "qcom,msm-qgic2", gic_of_init);

这说明drivers/irqchip/irq-gic.c这个驱动可以兼容arm ，gic-400 、arm，cortex-a15-gic 、arm ，cortex-a7-gic

等，但是初始化函数都是统一的gic_of_init 。