做网络推广应该去哪些网站推广呢,网站制作报价doc,seo公司网站,十堰建设网站首页文章目录 ARM架构下Linux中断处理全流程解析#xff1a;从硬件触发到驱动调用 ⚡**一、中断触发与硬件层响应** #x1f50c;**1. 设备触发中断** #x1f4e1; **二、CPU阶段#xff1a;异常入口与上下文处理** #x1f5a5;️**1. 异常模式切换** #x1f504;**2. 跳转… 文章目录 ARM架构下Linux中断处理全流程解析从硬件触发到驱动调用 ⚡**一、中断触发与硬件层响应** **1. 设备触发中断** **二、CPU阶段异常入口与上下文处理** ️**1. 异常模式切换** **2. 跳转至中断向量表** ️ **三、内核中断处理框架** ⚙️**1. 中断向量表初始化** **2. 中断控制器驱动注册** **3. 中断分发与设备处理** **四、设备驱动中的中断处理流程** ️**1. 驱动注册中断处理函数** **2. 实现中断处理函数** ️**3. 释放中断资源** ️ **五、示例网卡中断处理全流程** **六、关键数据结构与机制** ARM架构下Linux中断处理全流程解析从硬件触发到驱动调用 ⚡ 一、中断触发与硬件层响应
1. 设备触发中断
当外设如网卡、键盘需要CPU处理时其硬件控制器会通过物理中断线IRQ向中断控制器发送信号。以ARM的通用中断控制器GICv3为例
中断接收GIC Distributor模块接收中断请求并根据中断类型SPI/PPI/SGI分类。 ️ 关键点SPI用于共享外设中断PPI为CPU私有中断。优先级仲裁Distributor根据中断优先级配置于寄存器GICD_IPRIORITYRn和屏蔽状态选择最高优先级中断。 ⚖️ 优先级规则数值越小优先级越高0为最高。路由到目标CPU通过Redistributor模块将中断传递给目标CPU核心支持多核负载均衡。 多核优化避免单核过载提升系统吞吐量。物理信号触发GIC通过CPU的IRQ引脚触发异常模式切换。 ⚡ 信号传递硬件自动完成无需软件干预。 二、CPU阶段异常入口与上下文处理 ️
1. 异常模式切换
CPU收到中断信号后硬件自动完成以下操作
保存上下文将当前程序状态PSTATE、PC、SP等压入内核栈。 关键寄存器包括通用寄存器、程序计数器、栈指针。切换异常级别 用户态EL0→ 内核态EL1触发完整的上下文切换。 安全隔离防止用户程序直接访问内核资源。内核态EL1→ EL1仅保存关键寄存器复用当前内核栈。 ⏩ 快速路径减少模式切换开销。
2. 跳转至中断向量表 ️
向量表基址由寄存器VBAR_EL1指定指向内核预定义的向量表arch/arm64/kernel/entry.S。 ️ 配置时机内核启动时通过set_vbar()初始化。入口偏移计算 IRQ入口VBAR_EL1 0x280EL1h模式。 偏移规则每种异常类型有固定偏移量。同步异常入口VBAR_EL1 0x400用于系统调用。 示例系统调用通过svc指令触发同步异常。
// arch/arm64/kernel/entry.S
kernel_ventry 1, irq // EL1h模式IRQ入口三、内核中断处理框架 ⚙️
1. 中断向量表初始化
ARM64的中断向量表通过汇编宏kernel_ventry定义每个条目对应一种异常类型
IRQ处理入口最终调用handle_arch_irq全局函数指针。 跳转逻辑从汇编跳转到C语言函数。关键汇编跳转irq_handler:bl handle_arch_irq // 跳转到C语言处理函数2. 中断控制器驱动注册
以GIC驱动为例初始化时完成中断处理函数的绑定
// drivers/irqchip/irq-gic.c
void __init gic_init(...) {gic_dist_init(gic); // 初始化Distributorgic_cpu_init(gic); // 初始化CPU Interfaceset_handle_irq(gic_handle_irq); // 注册全局处理函数
}set_handle_irq将gic_handle_irq赋值给handle_arch_irq建立汇编到C的桥梁。 桥梁作用屏蔽硬件差异统一中断入口。
3. 中断分发与设备处理
GIC驱动通过gic_handle_irq读取中断号并分发给设备驱动
static void __exception_irq_entry gic_handle_irq(...) {u32 irqnr gic_read_iar(); // 读取GIC中断应答寄存器handle_domain_irq(gic_data.domain, irqnr, regs); // 映射并处理
}// kernel/irq/irqdesc.c
int __handle_domain_irq(struct irq_domain *domain, unsigned int hwirq,bool lookup, struct pt_regs *regs) {...irq_enter(); // 进入中断上下文irq irq_find_mapping(domain, hwirq); // 硬件中断号映射为虚拟中断号if (irq合法) {generic_handle_irq(irq); // 调用中断处理链} else {ack_bad_irq(irq); // 错误处理}irq_exit(); // 退出中断上下文...
}handle_domain_irq的核心作用 中断上下文标记irq_enter()进入原子上下文禁用调度。 禁止行为禁止睡眠、内存分配等非原子操作。硬件中断号映射通过irq_domain将硬件IRQ转换为Linux虚拟IRQ。 ️ 映射策略支持线性映射、树映射等多种方式。调用设备ISR从irq_desc[].action链表中执行驱动注册的中断处理函数。 ⚡ 快速响应上半部处理时间通常小于1ms。 四、设备驱动中的中断处理流程 ️
1. 驱动注册中断处理函数
设备驱动通过request_irq注册中断服务例程ISR
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev);参数说明 irq虚拟中断号由irq_of_parse_and_map解析设备树获得。 设备树示例interrupts 0 168 IRQ_TYPE_EDGE_RISING; // SPI 168上升沿触发flags标志位如IRQF_SHARED表示共享中断。 ⚠️ 共享中断需唯一dev_id标识不同设备。dev设备标识符共享中断时用于区分设备。 示例PCI设备使用pci_dev指针作为标识。
2. 实现中断处理函数 ️ 上半部Top Half快速响应硬件禁止阻塞或睡眠。 static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id) {struct net_device *dev dev_id;// 1. 读取硬件状态如网卡DMA缓冲区u32 status readl(dev-reg_base STATUS_REG);// 2. 清除中断标志writel(STATUS_CLEAR, dev-reg_base STATUS_REG);// 3. 触发下半部如tasklettasklet_schedule(dev-tasklet);return IRQ_HANDLED;
}注意事项避免在中断上下文中调用kmalloc()或mutex_lock()。 下半部Bottom Half处理耗时任务支持多种机制 SoftIRQ内核预定义的高优先级任务如网络收包。 优势支持多CPU并行处理。Tasklet基于SoftIRQ单CPU串行执行。 ⚡ 适用场景GPIO按键去抖动处理。Workqueue运行于进程上下文允许休眠。 示例文件I/O或网络协议栈处理。
3. 释放中断资源 ️
驱动卸载时需调用free_irq释放中断号
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);⚠️ 内存安全必须在驱动卸载路径中调用防止资源泄漏。 五、示例网卡中断处理全流程
硬件触发网卡接收数据包向GIC发送IRQ信号。 触发时机DMA传输完成或FIFO缓冲区非空。GIC路由Distributor将中断路由至CPU0分配硬件中断号168。 负载均衡GICv3支持动态调整目标CPU。CPU跳转CPU0执行向量表VBAR_EL1 0x280处的irq入口。 ⏱️ 低延迟硬件自动跳转无需软件轮询。GIC处理gic_handle_irq读取中断号168调用handle_domain_irq。 中断号解析通过GICC_IAR寄存器获取。中断映射通过irq_domain将168映射为Linux虚拟IRQ 200。 映射关系存储在irq_desc[200].irq_data.hwirq。驱动处理执行irq_desc[200].action中的网卡ISR如NAPI收包。 性能优化NAPI在收包时切换为轮询模式减少中断风暴。中断返回恢复上下文触发软中断如NET_RX_SOFTIRQ处理数据。 数据传递sk_buff从内核空间传递到用户空间。 六、关键数据结构与机制
组件/机制功能说明示例/APIGIC Distributor接收外设中断优先级仲裁路由到目标CPU核心。gic_dist_init()VBAR_EL1存储中断向量表基址决定异常入口跳转位置。set_vbar()irq_domain管理硬件中断号HW IRQ到Linux虚拟中断号VIRQ的映射。irq_domain_add_linear()irq_desc[]全局中断描述符数组存储中断处理函数链action链表。struct irq_descrequest_irq()驱动注册中断处理函数关联到irq_desc[VIRQ].action链表。request_irq()
