
大家好,我是情报小哥~
在如今的SoC(片上系统)设计中,中断控制器往往呈现多级级联的复杂拓扑结构。Linux内核通过引入IRQ Domain抽象层,实现了对异构中断控制器的统一管理和中断号的透明映射。下面我带大家一起看看linux是如何优雅地处理从简单控制器到复杂多级级联的中断系统的。
现代SoC通常包含多个中断控制器,形成树形或层级的拓扑结构。典型的架构包括:
例如,一个支持32个中断源的全局控制器中,其中4个中断号被分配给4个GPIO控制器,每个GPIO控制器又管理32个GPIO引脚的中断。这种层级关系要求软件框架能够高效管理中断的传播和处理。

在这种级联结构中,中断号呈现双重映射特性:
IRQ Domain是Linux内核为每个中断控制器创建的软件抽象,主要职责包括:
中断号就像学生的全校学号,通过“年级→班级→座位”的层级映射,最终每个中断源都有一个统一的编号,设备只需知道这个最终编号就能申请中断。
中断控制器驱动在初始化阶段创建并注册自己的IRQ Domain:
struct irq_domain *irq_domain_add_linear(struct device_node *of_node,unsignedint size,const struct irq_domain_ops *ops,void *host_data);参数解析:
of_node:设备树节点,描述控制器的硬件信息size:该控制器管理的中断源数量ops:Domain操作函数集,实现映射、转换等核心功能host_data:指向控制器私有数据的指针内核提供多种映射策略,以适应不同硬件架构:
线性映射使用数组,树形映射使用radix树。线性映射的查找速度是O(1),而树形映射的查找速度是O(log n)。因此,对于连续且数量固定的中断控制器,通常使用线性映射。
但是,如果中断控制器的中断号是稀疏的(即不是连续分配),那么线性映射会造成内存浪费,此时树形映射更合适。
// 1. 线性映射:适用于固定、连续的中断号范围struct irq_domain *irq_domain_add_linear(...);// 2. 树形映射:适用于稀疏、非连续的中断号struct irq_domain *irq_domain_add_tree(...);// 3. 传统映射:向后兼容旧式驱动程序struct irq_domain *irq_domain_add_legacy(...);当设备通过设备树描述中断连接关系时,内核自动建立映射:
// 设备树示例gpio2: gpio-controller@48051000 { compatible = "ti,omap4-gpio"; interrupt-parent = <&gic>; // 父控制器为GIC interrupts = <29 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; // 在GIC中使用29号中断 gpio-controller; #gpio-cells = <2>;};my_device { compatible = "vendor,my-device"; interrupt-parent = <&gpio2>; // 连接到GPIO控制器2 interrupts = <0 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; // 使用GPIO2的第0个引脚};内核解析过程:
gpio2创建IRQ Domain,管理32个中断源my_device分配虚拟中断号:hwirq 0 → virq 64内核通过以下关键数据结构维护映射关系:
structirq_domain {structlist_headlink;// 全局Domain链表conststructirq_domain_ops *ops;// 映射操作函数void *host_data; // 控制器私有数据unsignedint flags; // Domain特性标志int mapcount; // 当前映射数量/* 线性映射专用字段 */unsignedint linear_revmap[]; // 硬件中断号到虚拟中断号的查找表};structirq_data {structirq_chip *chip;// 硬件操作函数集structirq_domain *domain;// 所属Domainunsignedint hwirq; // 硬件中断号unsignedint irq; // 虚拟中断号 ...};当中断发生时,硬件处理流程:

和软件的协同处理流程如下:

每个子中断控制器需要注册级联处理函数:
staticvoidgpio_irq_handler(struct irq_desc *desc){structirq_domain *domain = irq_desc_get_handler_data(desc);structgpio_ctrl *ctrl = gpio_domain_get_host_data(domain);unsignedlong pending;// 读取中断状态寄存器 pending = readl(ctrl->base + INT_STATUS_OFFSET);// 处理每个触发的中断 for_each_set_bit(hwirq, &pending, 32) {// 关键步骤:硬件中断号到虚拟中断号的转换 virq = irq_find_mapping(domain, hwirq);if (virq) {// 调用通用中断处理框架 generic_handle_irq(virq); } }// 可选:向父控制器发送EOIif (desc->irq_data.chip->irq_eoi) desc->irq_data.chip->irq_eoi(&desc->irq_data);}完整的中断控制器初始化流程:
staticintgpio_interrupt_probe(struct platform_device *pdev){structdevice_node *np = pdev->dev.of_node;structgpio_ctrl *ctrl;int parent_irq, ret;// 1. 分配控制器数据结构 ctrl = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*ctrl), GFP_KERNEL);// 2. 创建IRQ Domain ctrl->domain = irq_domain_add_linear(np, 32, &gpio_irq_domain_ops, ctrl);// 3. 获取父中断号 parent_irq = irq_of_parse_and_map(np, 0);// 4. 注册级联处理函数 irq_set_chained_handler_and_data(parent_irq, gpio_irq_handler, ctrl->domain);// 5. 配置硬件中断控制器 gpio_hw_init(ctrl);return0;}设备驱动程序无需关心中断控制器的级联细节:
staticintmy_device_probe(struct platform_device *pdev){structdevice *dev = &pdev->dev;int irq, ret;// 自动完成中断号映射 irq = platform_get_irq(pdev, 0); // 返回映射后的虚拟中断号// 申请中断处理函数 ret = devm_request_irq(dev, irq, my_device_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_ONESHOT, dev_name(dev), priv);return ret;}当中断最终分发到设备驱动时:
staticirqreturn_tmy_device_isr(int irq, void *dev_id){structmy_device *dev = dev_id;// 1. 读取设备状态寄存器 u32 status = readl(dev->regs + STATUS_REG);// 2. 处理中断事件if (status & DATA_READY_MASK) {// 处理数据就绪事件 process_data(dev); }// 3. 清除中断标志 writel(status, dev->regs + STATUS_REG);return IRQ_HANDLED;}Linux内核的IRQ Domain机制通过软件抽象,成功解决了硬件中断控制器级联带来的复杂性。
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