【原创】中断子系统-ARM GPIO中断处理流程

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本文以AM5728 GPIO中断为例,简单介绍有关从注册GIC中断到 驱动使用GPIO中断的整个过程,主要关注中断相关处理流程,为后续ARM平台xenomai IPIPE中断处理流程做铺垫。

第一部分: GIC中断控制器的注册。

第二部分:设备树的device node在向platform_device转化的过程中节点的interrupts属性的处理。

第三部分:platform_device注册添加。

第四部分:GPIO控制器驱动的注册,大部分GPIO控制器同时具备interrupt controller的功能。

第五部分:引用GPIO中断的节点的解析。

/ {
	#address-cells = <2>;
	#size-cells = <2>;

	compatible = "ti,dra7xx";
	interrupt-parent = <&crossbar_mpu>;
	chosen { };

	gic: interrupt-controller@48211000 {
		compatible = "arm,cortex-a15-gic";
		interrupt-controller;
		#interrupt-cells = <3>;
		reg = <0x0 0x48211000 0x0 0x1000>,
		      <0x0 0x48212000 0x0 0x2000>,
		      <0x0 0x48214000 0x0 0x2000>,
		      <0x0 0x48216000 0x0 0x2000>;
		interrupts = <GIC_PPI 9 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(2) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>;
		interrupt-parent = <&gic>;
	};
    
    ocp {
		compatible = "ti,dra7-l3-noc", "simple-bus";
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		ranges = <0x0 0x0 0x0 0xc0000000>;
		ti,hwmods = "l3_main_1", "l3_main_2";
		reg = <0x0 0x44000000 0x0 0x1000000>,
		      <0x0 0x45000000 0x0 0x1000>;
		interrupts-extended = <&crossbar_mpu GIC_SPI 4 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
				      <&wakeupgen GIC_SPI 10 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
        
    	gpio1: gpio@4ae10000 {
			......
		};

		gpio2: gpio@48055000 {
			......
		};

		gpio3: gpio@48057000 {
			......
		};

		gpio4: gpio@48059000 {
			......
		};

		gpio5: gpio@4805b000 {
			......
		};

		gpio6: gpio@4805d000 {
			......
		};

		gpio7: gpio@48051000 {
			compatible = "ti,omap4-gpio";
			reg = <0x48051000 0x200>;
			interrupts = <GIC_SPI 30 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
			ti,hwmods = "gpio7";
			gpio-controller;
			#gpio-cells = <2>;
			interrupt-controller;
			#interrupt-cells = <2>;
		};

		gpio8: gpio@48053000 {
			......
		};
    };
};
  • 由于中断级联,对于GPIO控制器gpio@48051000下的每个GPIO来说,它们产生中断后,不能直接通知GIC,而是先通知中断控制器gpio@48051000,然后gpio@48051000再通过SPI-30通知GIC,然后GIC会通过irq或者firq触发某个CPU中断。
  • root gic就是上面的"arm,cortex-a15-gic",它的interrupt cells是3, 表示引用gic上的一个中断需要三个参数
  • Linux中每一个irq_domain都对应一个irq_chip,irq_chip是kernel对中断控制器的软件抽象。

第一部分 GIC中断控制器的注册

1. GIC驱动分析

ARM平台的设备信息,都是通过Device Tree设备树来添加,由解析设备树到设备注册添加的流程如下:

GIC设备树信息如下

/*arch\arm\boot\dts\dra7.dtsi*/
gic: interrupt-controller@48211000 {
		compatible = "arm,cortex-a15-gic";
		interrupt-controller;
		#interrupt-cells = <3>;
		reg = <0x0 0x48211000 0x0 0x1000>,
		      <0x0 0x48212000 0x0 0x2000>,
		      <0x0 0x48214000 0x0 0x2000>,
		      <0x0 0x48216000 0x0 0x2000>;
		interrupts = <GIC_PPI 9 (GIC_CPU_MASK_SIMPLE(2) | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)>;
		interrupt-parent = <&gic>;
};
  • compatible字段:用于与具体的驱动来进行匹配,比如图片中arm,cortex-a15-gic,可以根据这个名字去匹配对应的驱动程序;
  • interrupt-cells字段:用于指定编码一个中断源所需要的单元个数,这个值为3。比如在外设在设备树中添加中断信号时,通常能看到类似interrupts = <0 23 4>;的信息,第一个单元0,表示的是中断类型(1:PPI,0:SPI),第二个单元23表示的是中断号,第三个单元4表示的是中断触发的类型(电平触发OR边缘触发);
  • reg字段:描述中断控制器的地址信息以及地址范围,比如图片中分别制定了GIC Distributor(GICD)GIC CPU Interface(GICC)的地址信息;
  • interrupt-controller字段:表示该设备是一个中断控制器,外设可以连接在该中断控制器上;
  • 关于设备数的各个字段含义,详细可以参考Documentation/devicetree/bindings下的对应信息;

设备树的信息,是怎么添加到系统中的呢?Device Tree最终会编译成dtb文件,并通过Uboot传递给内核,在内核启动后会将dtb文件解析成device_node结构。

![](D:\文档\源码笔记\xenomai blogs\blogs\unflatten_device_tree.png)

  • 设备树的节点信息,最终会变成device_node结构,在内存中维持一个树状结构;
  • 设备与驱动,会根据compatible字段进行匹配;

2.GIC驱动流程分析

  • 首先需要了解一下链接脚本vmlinux.lds,脚本中定义了一个__irqchip_of_table段,该段用于存放中断控制器信息,用于最终来匹配设备;

  • 在GIC驱动程序中,使用IRQCHIP_DECLARE宏来声明结构信息,包括compatible字段和回调函数,该宏会将这个结构放置到__irqchip_of_table字段中;

  • 在内核启动初始化中断的函数中,of_irq_init函数会去查找设备节点信息,该函数的传入参数就是__irqchip_of_table段,由于IRQCHIP_DECLARE已经将信息填充好了,of_irq_init就会遍历__irqchip_of_table,按照interrupt controller的连接关系从root开始,依次初始化每一个interrupt controller,of_irq_init函数会根据arm,gic-400去查找对应的设备节点,并获取设备的信息。

  • or_irq_init函数中,最终会回调IRQCHIP_DECLARE声明的回调函数,也就是gic_of_init,而这个函数就是GIC驱动的初始化入口函数了;

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);
  • GIC的工作,本质上是由中断信号来驱动,因此驱动本身的工作就是完成各类信息的初始化,注册好相应的回调函数,以便能在信号到来之时去执行;
  • set_smp_process_call设置__smp_cross_call函数指向gic_raise_softirq,本质上就是通过软件来触发GIC的SGI中断,用于核间交互;
  • cpuhp_setup_state_nocalls函数,设置好CPU进行热插拔时GIC的回调函数,以便在CPU热插拔时做相应处理;
  • set_handle_irq函数的设置很关键,它将全局函数指针handle_arch_irq指向了gic_handle_irq,而处理器在进入中断异常时,会跳转到handle_arch_irq执行,所以,可以认为它就是中断处理的入口函数了;
  • 驱动中完成了各类函数的注册,此外还完成了irq_chip, irq_domain等结构体的初始化,计算这个GIC模块所支持的中断个数gic_irqs,然后创建一个linear irq domain。此时尚未分配virq,也没有建立hwirq跟virq的映射;
	gic_irqs = readl_relaxed(gic_data_dist_base(gic) + GIC_DIST_CTR) & 0x1f;
	gic_irqs = (gic_irqs + 1) * 32;
	if (gic_irqs > 1020)
		gic_irqs = 1020;
	gic->gic_irqs = gic_irqs;

	gic->domain = irq_domain_create_linear(handle, gic_irqs,
						      &gic_irq_domain_hierarchy_ops,
						      gic);

在初始化的时候既没有给hwirq分配对应的virq,也没有建立二者之间的映射,这部分工作会到后面有人引用GIC上的某个中断时再分配和建立。

  • 最后,完成GIC硬件模块的初始化设置,以及电源管理相关的注册等工作;

第二部分 device node转化为platform_device

相关代码:

drivers/of/platform.c

这个转化过程是调用of_platform_populate开始的。以gpio1: gpio@4ae10000为例,暂时只关心interrupts属性的处理,函数调用关系:

struct platform_device *of_device_alloc(struct device_node *np,
				  const char *bus_id,
				  struct device *parent)
{
	struct platform_device *dev;
	int rc, i, num_reg = 0, num_irq;
	struct resource *res, temp_res;

	dev = platform_device_alloc("", PLATFORM_DEVID_NONE);
	if (!dev)
		return NULL;

	/* count the io and irq resources */
	while (of_address_to_resource(np, num_reg, &temp_res) == 0)
		num_reg++;
	num_irq = of_irq_count(np);/* 统计这个节点的interrupts属性中描述了几个中断*/

	/* Populate the resource table */
	if (num_irq || num_reg) {
		res = kzalloc(sizeof(*res) * (num_irq + num_reg), GFP_KERNEL);
		if (!res) {
			platform_device_put(dev);
			return NULL;
		}

		dev->num_resources = num_reg + num_irq;
		dev->resource = res;
		for (i = 0; i < num_reg; i++, res++) {
			rc = of_address_to_resource(np, i, res);
			WARN_ON(rc);
		}
        /*解析interrupts属性,将每一个中断转化为resource结构体*/
		if (of_irq_to_resource_table(np, res, num_irq) != num_irq)
			pr_debug("not all legacy IRQ resources mapped for %s\n",
				 np->name);
	}

	dev->dev.of_node = of_node_get(np);
	dev->dev.fwnode = &np->fwnode;
	dev->dev.parent = parent ? : &platform_bus;

	if (bus_id)
		dev_set_name(&dev->dev, "%s", bus_id);
	else
		of_device_make_bus_id(&dev->dev);

	return dev;
}

这里主要涉及到两个函数of_irq_countof_irq_to_resource_table,传入的np就是gpio1: gpio@4ae10000节点。

  • of_irq_count

这个函数会解析interrupts属性,并统计其中描述了几个中断。

简化如下:找到gpio1: gpio@4ae10000节点的所隶属的interrupt-controller,即interrupt-controller@10490000节点,然后获得其#interrupt-cells属性的值,因为只要知道了这个值,也就知道了在interrupts属性中描述一个中断需要几个参数,也就很容易知道interrupts所描述的中断个数。这里关键的函数是of_irq_parse_one

int of_irq_count(struct device_node *dev)
{
	struct of_phandle_args irq;
	int nr = 0;

	while (of_irq_parse_one(dev, nr, &irq) == 0)
		nr++;

	return nr;
}

nr表示的是index,of_irq_parse_one每次成功返回,都表示成功从interrupts属性中解析到了第nr个中断,同时将关于这个中断的信息存放到irq中,struct of_phandle_args的含义如下:

#define MAX_PHANDLE_ARGS 16
struct of_phandle_args {
	struct device_node *np; // 用于存放赋值处理这个中断的中断控制器的节点
	int args_count;// 就是interrupt-controller的#interrupt-cells的值
	uint32_t args[MAX_PHANDLE_ARGS];// 用于存放具体描述某一个中断的参数的值
};

最后将解析到的中断个数返回。

  • of_irq_to_resource_table

知道interrupts中描述了几个中断后,这个函数开始将这些中断转换为resource,这个是由of_irq_to_resource函数完成。

int of_irq_to_resource_table(struct device_node *dev, struct resource *res,
		int nr_irqs)
{
	int i;

	for (i = 0; i < nr_irqs; i++, res++)
		if (of_irq_to_resource(dev, i, res) <= 0)//将这些中断转换为resource
			break;

	return i;
}

第二个参数i表示的是index,即interrupts属性中的第i个中断。

int of_irq_to_resource(struct device_node *dev, int index, struct resource *r)
{
	int irq = of_irq_get(dev, index);// 返回interrupts中第index个hwirq中断映射到的virq

	if (irq < 0)
		return irq;

	/* Only dereference the resource if both the
	 * resource and the irq are valid. */
	if (r && irq) {	// 将这个irq封装成resource
		const char *name = NULL;

		memset(r, 0, sizeof(*r));
		/*
		 * Get optional "interrupt-names" property to add a name
		 * to the resource.
		 获取可选的“中断名称”属性,以向资源添加名称。*/
		of_property_read_string_index(dev, "interrupt-names", index,
					      &name);

		r->start = r->end = irq;   // 全局唯一的virq
		r->flags = IORESOURCE_IRQ | irqd_get_trigger_type(irq_get_irq_data(irq));// 这个中断的属性,如上升沿还是下降沿触发
		r->name = name ? name : of_node_full_name(dev);
	}

	return irq;
}

所以,分析重点是irq_of_parse_and_map,这个函数会获得gpio@4ae10000节点的interrupts属性的第index个中断的参数,这是通过of_irq_parse_one完成的,然后获得该中断所隶属的interrupt-controller的irq domain,也就是前面GIC注册的那个irq domain,利用该domain的of_xlate函数从前面表示第index个中断的参数中解析出hwirq和中断类型,最后从系统中为该hwriq分配一个全局唯一的virq,并将映射关系存放到中断控制器的irq domain中,也就是gic的irq domain。

下面结合kernel代码分析一下:

int of_irq_get(struct device_node *dev, int index)
{
	int rc;
	struct of_phandle_args oirq;
	struct irq_domain *domain;

	rc = of_irq_parse_one(dev, index, &oirq);// 获得interrupts的第index个中断参数,并封装到oirq中
	if (rc)
		return rc;

	domain = irq_find_host(oirq.np);
	if (!domain)
		return -EPROBE_DEFER;

	return irq_create_of_mapping(&oirq); //返回映射到的virq
}

获取设备数据中的参数,然后调用irq_create_of_mapping映射hwirq到virq,这个过程中先分配virq、分配irq_desc,然后调用domain的map函数建立hwirq到该virq的映射,最后以virq为索引将irq_desc插入基数树。

unsigned int irq_create_of_mapping(struct of_phandle_args *irq_data)
{
	struct irq_fwspec fwspec;

	of_phandle_args_to_fwspec(irq_data, &fwspec);// 将irq_data中的数据转存到fwspec
	return irq_create_fwspec_mapping(&fwspec);
}
unsigned int irq_create_fwspec_mapping(struct irq_fwspec *fwspec)
{
	struct irq_domain *domain;
	struct irq_data *irq_data;
	irq_hw_number_t hwirq;
	unsigned int type = IRQ_TYPE_NONE;
	int virq;

	if (fwspec->fwnode) {
		/*这里的代码主要是找到irq domain。这是根据上一个函数传递进来的参数irq_data的np成员来寻找的*/
		domain = irq_find_matching_fwspec(fwspec, DOMAIN_BUS_WIRED);
		if (!domain)
			domain = irq_find_matching_fwspec(fwspec, DOMAIN_BUS_ANY);
	} else {
		domain = irq_default_domain;
	}

	......
	/*如果没有定义xlate函数,那么取interrupts属性的第一个cell作为HW interrupt ID。*/
	if (irq_domain_translate(domain, fwspec, &hwirq, &type))
		return 0;

	......
	/*
	 解析完了,最终还是要调用irq_create_mapping函数来创建HW interrupt ID和IRQ number的映射关系。*/
	virq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
	if (virq) {
		if (type == IRQ_TYPE_NONE || type == irq_get_trigger_type(virq))
			return virq;
        
		if (irq_get_trigger_type(virq) == IRQ_TYPE_NONE) {
			irq_data = irq_get_irq_data(virq);
			if (!irq_data)
				return 0;
			/*如果有需要,调用irq_set_irq_type函数设定trigger type*/
			irqd_set_trigger_type(irq_data, type);
			return virq;
		}

		pr_warn("type mismatch, failed to map hwirq-%lu for %s!\n",
			hwirq, of_node_full_name(to_of_node(fwspec->fwnode)));
		return 0;
	}

	if (irq_domain_is_hierarchy(domain)) {
        // 对于GIC的irq domain这样定义了alloc的domain来说,走这个分支
		virq = irq_domain_alloc_irqs(domain, 1, NUMA_NO_NODE, fwspec);
		if (virq <= 0)
			return 0;
	} else {
		/* Create mapping
		建立HW interrupt ID和IRQ number的映射关系。 */
		virq = irq_create_mapping(domain, hwirq);
		if (!virq)
			return virq;
	}

	irq_data = irq_get_irq_data(virq);
	if (!irq_data) {
		if (irq_domain_is_hierarchy(domain))
			irq_domain_free_irqs(virq, 1);
		else
			irq_dispose_mapping(virq);
		return 0;
	}

	/* Store trigger type */
	irqd_set_trigger_type(irq_data, type);

	return virq;	//返回映射到的virq
}

看一下gic irq domain的translate的过程:

static int gic_irq_domain_translate(struct irq_domain *d,
				    struct irq_fwspec *fwspec,
				    unsigned long *hwirq,
				    unsigned int *type)
{
	if (is_of_node(fwspec->fwnode)) {
		if (fwspec->param_count < 3)// 检查描述中断的参数个数是否合法
			return -EINVAL;
	/* 这里加16的目的是跳过SGI中断,因为SGI用于CPU之间通信,不归中断子系统管
10;GIC支持的中断中从0-15号属于SGI,16-32属于PPI,32-1020属于SPI*/
		*hwirq = fwspec->param[1] + 16;

/*从这里可以看到,描述GIC中断的三个参数中第一个表示中断种类,0表示的是SPI,非0表示PPI;
这里加16的意思是跳过PPI;
同时我们也知道了,第二个参数表示某种类型的中断(PPI or SPI)中的第几个(从0开始)*/
		if (!fwspec->param[0])
			*hwirq += 16;
	// 第三个参数表示的中断的类型,如上升沿、下降沿或者高低电平触发
		*type = fwspec->param[2] & IRQ_TYPE_SENSE_MASK;
		return 0;
	}

	......
	return -EINVAL;
}

通过这个函数,我们就获得了fwspec所表示的hwirq和type

接着看一下irq_find_mapping,如果hwirq之前跟virq之间发生过映射,会存放到irq domain中,这个函数就是查询irq domain,以hwirq为索引,寻找virq;

unsigned int irq_find_mapping(struct irq_domain *domain,
			      irq_hw_number_t hwirq)
{
	struct irq_data *data;
......
	if (hwirq < domain->revmap_direct_max_irq) {
		data = irq_domain_get_irq_data(domain, hwirq);
		if (data && data->hwirq == hwirq)
			return hwirq;
	}

	/* Check if the hwirq is in the linear revmap. */
	if (hwirq < domain->revmap_size)//如果是线性映射irq domain的条件,hwirq作为数字下标
		return domain->linear_revmap[hwirq];
......
	data = radix_tree_lookup(&domain->revmap_tree, hwirq);// hwirq作为key
	return data ? data->irq : 0;
}

下面分析virq的分配以及映射,对于GIC irq domain,由于其ops定义了alloc,在注册irq domain的时候会执行domain->flags |= IRQ_DOMAIN_FLAG_HIERARCHY

int __irq_domain_alloc_irqs(struct irq_domain *domain, int irq_base,
			    unsigned int nr_irqs, int node, void *arg,
			    bool realloc, const struct cpumask *affinity)
{
	int i, ret, virq;
 /* 下面这个函数会从系统中一个唯一的virq,其实就是全局变量allocated_irqs从低位到高位第一个为0的位的位号. 
 然后将allocated_irqs的第virq位置为1, 然后会为这个virq分配一个irq_desc, virq会存放到irq_desc的irq_data.irq中.
 最后将这个irq_desc存放到irq_desc_tree中,以virq为key,函数irq_to_desc就是以virq为key,查询irq_desc_tree 迅速定位到irq_desc*/
		virq = irq_domain_alloc_descs(irq_base, nr_irqs, 0, node,
					      affinity);
		
	irq_domain_alloc_irq_data(domain, virq, nr_irqs);
......
	ret = irq_domain_alloc_irqs_hierarchy(domain, virq, nr_irqs, arg);
......
	for (i = 0; i < nr_irqs; i++)
        // 将virq跟hwirq的映射关系存放到irq domain中,这样就可以通过hwirq在该irq_domain中快速找到virq
		irq_domain_insert_irq(virq + i);
.....
	return virq;
}

irq_domain_alloc_irq_data 会根据virq获得对应的irq_desc,然后将domain赋值给irq_desc->irq_data->domain.

irq_domain_alloc_irqs_recursive 这个函数会调用gic irq domain的domain->ops->alloc,即gic_irq_domain_alloc

下面分析irq_create_mapping,对于irq domain的ops中没有定义alloc的domain,会执行这个函数

​ ---> irq_create_mapping 为hwirq分配virq,并存放映射到irq domain中

unsigned int irq_create_mapping(struct irq_domain *domain,
				irq_hw_number_t hwirq)
{
	struct device_node *of_node;
	int virq;
	......
	of_node = irq_domain_get_of_node(domain);

	/* Check if mapping already exists 
	如果映射已经存在,那么不需要映射,直接返回 */
	virq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
	if (virq) {
		pr_debug("-> existing mapping on virq %d\n", virq);
		return virq;
	}

	/* Allocate a virtual interrupt number 分配虚拟中断号*/
	virq = irq_domain_alloc_descs(-1, 1, hwirq, of_node_to_nid(of_node), NULL);
.....

	if (irq_domain_associate(domain, virq, hwirq)) {//建立mapping
		irq_free_desc(virq);
		return 0;
	}
.....
	return virq;
}

至此,device node在转化为platform_device过程中的interrupts属性的处理就暂时分析完毕,后面会调用device_add()注册该platform_device,然后匹配到的platform_driver的probe就会被调用。

通过打印信息可知GPIO7的hwirq与virq的映射关系:

[19491.235350] virq is 43,hwirq is 30

需要关注的是 domain->ops->map(),该函数中户设置该中断的desc->handle_irq(),对于GIC来说,map函数为gic_irq_domain_map,SPI中断handle_irq()设置为handle_fasteoi_irq。

第三部分:platform_device注册添加

platform_driver的probe就会被调用。

第四部分 GPIO控制器驱动

相关代码:

drivers\gpio\gpio-omap.c

gpio@48051000节点转化成的platform_device被注册的时候,omap_gpio_probe()会被调用。这个函数目前我们先只分析跟中断相关的。

static int omap_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	struct device_node *node = dev->of_node;
	const struct of_device_id *match;
	const struct omap_gpio_platform_data *pdata;
	struct resource *res;
	struct gpio_bank *bank;
	struct irq_chip *irqc;
	int ret;

	match = of_match_device(of_match_ptr(omap_gpio_match), dev);
	......
	pdata = match ? match->data : dev_get_platdata(dev);
	......
	bank = devm_kzalloc(dev, sizeof(struct gpio_bank), GFP_KERNEL);
	......
    /*irq_chip用于抽象该GPIO中断控制器*/
	irqc = devm_kzalloc(dev, sizeof(*irqc), GFP_KERNEL);
	......
	irqc->irq_startup = omap_gpio_irq_startup,
	irqc->irq_shutdown = omap_gpio_irq_shutdown,
	irqc->irq_ack = omap_gpio_ack_irq,
	irqc->irq_mask = omap_gpio_mask_irq,
	irqc->irq_mask_ack = omap_gpio_mask_ack_irq,
	irqc->irq_unmask = omap_gpio_unmask_irq,
	irqc->irq_set_type = omap_gpio_irq_type,
	irqc->irq_set_wake = omap_gpio_wake_enable,
	irqc->irq_bus_lock = omap_gpio_irq_bus_lock,
	irqc->irq_bus_sync_unlock = gpio_irq_bus_sync_unlock,
	irqc->name = dev_name(&pdev->dev);
	irqc->flags = IRQCHIP_MASK_ON_SUSPEND | IRQCHIP_PIPELINE_SAFE;

	bank->irq = platform_get_irq(pdev, 0);/*该irq已经是虚拟的了 详见of_irq_to_resource*/
	......
	bank->chip.parent = dev;
	bank->chip.owner = THIS_MODULE;
	bank->dbck_flag = pdata->dbck_flag;
	bank->stride = pdata->bank_stride;
	bank->width = pdata->bank_width;/*该bank GPIO数*/
	bank->is_mpuio = pdata->is_mpuio;
	bank->non_wakeup_gpios = pdata->non_wakeup_gpios;
	bank->regs = pdata->regs;
#ifdef CONFIG_OF_GPIO
	bank->chip.of_node = of_node_get(node);
#endif
	......
	platform_set_drvdata(pdev, bank);
    
	......
	ret = omap_gpio_chip_init(bank, irqc);/*完成GPIO中断控制器注册*/
	......

	omap_gpio_show_rev(bank);
	......
	list_add_tail(&bank->node, &omap_gpio_list);

	return 0;
}

需要注意的是,通过platform_get_irq(pdev, 0)获取该bank对应的中断时,已经是virq了,不是设备树里指定的GIC hwirq。

omap_gpio_chip_init为该bank注册GPIO中断控制器。

static int omap_gpio_chip_init(struct gpio_bank *bank, struct irq_chip *irqc)
{
	struct gpio_irq_chip *irq;
	static int gpio;
	const char *label;
	int irq_base = 0;
	int ret;

    /*GPIO操作回调函数*/
	bank->chip.request = omap_gpio_request;
	bank->chip.free = omap_gpio_free;
	bank->chip.get_direction = omap_gpio_get_direction;
	bank->chip.direction_input = omap_gpio_input;
	bank->chip.get = omap_gpio_get;
	bank->chip.get_multiple = omap_gpio_get_multiple;
	bank->chip.direction_output = omap_gpio_output;
	bank->chip.set_config = omap_gpio_set_config;
	bank->chip.set = omap_gpio_set;
	bank->chip.set_multiple = omap_gpio_set_multiple;

    label = devm_kasprintf(bank->chip.parent, GFP_KERNEL, "gpio-%d-%d",
                           gpio, gpio + bank->width - 1);

    bank->chip.label = label;
    bank->chip.base = gpio;//该bank中的第一个gpio的逻辑gpio号

	bank->chip.ngpio = bank->width;//该bank GPIO数

	irq = &bank->chip.irq;
	irq->chip = irqc;  //设置该bank 的irq_chip
	irq->handler = handle_bad_irq; //该中断控制器默认中断处理函数
	irq->default_type = IRQ_TYPE_NONE;  //中断默认触发方式
	irq->num_parents = 1;
	irq->parents = &bank->irq;
	irq->first = irq_base;//该GPIO中断控制器的起始中断号0

	ret = gpiochip_add_data(&bank->chip, bank);
// 这里的d->irq是节点gpio@48051000的interrupts属性所映射到的virq,对应的hwirq就是SPI-30
// 这里申请了中断,在中断处理函数omap_gpio_irq_handler中会获得发生中断的引脚,转化为该GPIO控制器的hwirq,再进行一步处理
	ret = devm_request_irq(bank->chip.parent, bank->irq,
			       omap_gpio_irq_handler,
			       0, dev_name(bank->chip.parent), bank);
ank->width;

	return ret;
}

gpiochip_add_data

#define gpiochip_add_data(chip, data) gpiochip_add_data_with_key(chip, data, NULL, NULL)
int gpiochip_add_data_with_key(struct gpio_chip *chip, void *data,
			       struct lock_class_key *lock_key,
			       struct lock_class_key *request_key)
{
	unsigned long	flags;
	int		status = 0;
	unsigned	i;
	int		base = chip->base;
	struct gpio_device *gdev;

	 // 每一个bank都都应一个唯一的gpio_device和gpio_chip
	gdev = kzalloc(sizeof(*gdev), GFP_KERNEL);

	gdev->dev.bus = &gpio_bus_type;
	gdev->chip = chip;
	chip->gpiodev = gdev;
	if (chip->parent) {
		gdev->dev.parent = chip->parent;
		gdev->dev.of_node = chip->parent->of_node;
	}

#ifdef CONFIG_OF_GPIO
	/* If the gpiochip has an assigned OF node this takes precedence */
	if (chip->of_node)
		gdev->dev.of_node = chip->of_node;
	else
		chip->of_node = gdev->dev.of_node;
#endif
	// 分配一个唯一的id
	gdev->id = ida_simple_get(&gpio_ida, 0, 0, GFP_KERNEL);

	dev_set_name(&gdev->dev, "gpiochip%d", gdev->id);
	device_initialize(&gdev->dev);
	dev_set_drvdata(&gdev->dev, gdev);
	if (chip->parent && chip->parent->driver)
		gdev->owner = chip->parent->driver->owner;
	else if (chip->owner)
		/* TODO: remove chip->owner */
		gdev->owner = chip->owner;
	else
		gdev->owner = THIS_MODULE;
	
	// 为这个chip下的每一个gpio都要分配一个gpio_desc结构体
	gdev->descs = kcalloc(chip->ngpio, sizeof(gdev->descs[0]), GFP_KERNEL);

	gdev->label = kstrdup_const(chip->label ?: "unknown", GFP_KERNEL);
	
	// 这个chip中含有的gpio的个数
	gdev->ngpio = chip->ngpio;
	//gdev->data代表这个bank
	gdev->data = data;

	spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags);

	// base表示的是这个bank在系统中的逻辑gpio号
	gdev->base = base;
	
	// 将这个bank对应的gpio_device添加到全局链表gpio_devices中
	// 在添加的时候会根据gdev->base和ngpio在gpio_devices链表中找到合适的位置
	status = gpiodev_add_to_list(gdev);

	spin_unlock_irqrestore(&gpio_lock, flags);

   	/*为每个GPIO分配gpio_desc,建立与gdev的联系*/
	for (i = 0; i < chip->ngpio; i++) {
		struct gpio_desc *desc = &gdev->descs[i];

		desc->gdev = gdev;

		desc->flags = !chip->direction_input ? (1 << FLAG_IS_OUT) : 0;
	}

	// 默认这个chip下的所有gpio都是可以产生中断
	status = gpiochip_irqchip_init_valid_mask(chip);

	status = gpiochip_init_valid_mask(chip);
	/*为该bank添加irq_chip,并创建一个irq_domain
	只是创建了irq domain,还没有存放任何中断映射关系,在需要的时候才会映射。*/
	status = gpiochip_add_irqchip(chip, lock_key, request_key);

	status = of_gpiochip_add(chip);

	acpi_gpiochip_add(chip);

	machine_gpiochip_add(chip);

	if (gpiolib_initialized) {
		status = gpiochip_setup_dev(gdev);
	}
	return 0;
}

---> of_gpiochip_add(struct gpio_chip *chip)

int of_gpiochip_add(struct gpio_chip *chip)
{
	int status;
......
	if (!chip->of_xlate) {
		/*pio_chip的of_gpio_n_cells被赋值为2,表示引用一个gpio资源需要两个参数,
		负责解析这两个参数函数以的of_xlate函数为of_gpio_simple_xlate,
		其中第一个参数表示gpio号(在对应的bank中),第二个表示flag*/
		chip->of_gpio_n_cells = 2;
		chip->of_xlate = of_gpio_simple_xlate;
	}

这里需要看一下of_gpio_simple_xlate的实现,这个在下面的分析中会被回调.

int of_gpio_simple_xlate(struct gpio_chip *gc,
			 const struct of_phandle_args *gpiospec, u32 *flags)
{
	......
	if (flags)		// 第二个参数表示的是flag
		*flags = gpiospec->args[1];
 	// 第一个参数表示的是gpio号
	return gpiospec->args[0];
}

下看创建domain流程:

static int gpiochip_add_irqchip(struct gpio_chip *gpiochip,
				struct lock_class_key *lock_key,
				struct lock_class_key *request_key)
{
	struct irq_chip *irqchip = gpiochip->irq.chip;
	const struct irq_domain_ops *ops;
	struct device_node *np;
	unsigned int type;
	unsigned int i;
......
	np = gpiochip->gpiodev->dev.of_node;
	type = gpiochip->irq.default_type;		//默认触发类型
.....
	gpiochip->to_irq = gpiochip_to_irq;   /*驱动request irq时调用*/
	gpiochip->irq.default_type = type;
	gpiochip->irq.lock_key = lock_key;
	gpiochip->irq.request_key = request_key;

	if (gpiochip->irq.domain_ops)
		ops = gpiochip->irq.domain_ops;
	else
		ops = &gpiochip_domain_ops;

    /* 创建一个linear irq domain,从这里看到,每一个bank都会有一个irq domain,ngpio是这个bank含有的gpio的个数,也是这个irq domain支持的中断的个数*/
	gpiochip->irq.domain = irq_domain_add_simple(np, gpiochip->ngpio,
						     gpiochip->irq.first,
						     ops, gpiochip);
	......
	return 0;
}

上面也只是创建了irq domain,还没有存放任何中断映射关系,在需要的时候才会映射。

该irq domain的irq_domain_ops为gpiochip_domain_ops;

static const struct irq_domain_ops gpiochip_domain_ops = {
	.map	= gpiochip_irq_map,
	.unmap	= gpiochip_irq_unmap,
	/* Virtually all GPIO irqchips are twocell:ed */
	.xlate	= irq_domain_xlate_twocell,
};

gpio7这个中断在GIC级的处理函数注册为omap_gpio_irq_handler;

ret = devm_request_irq(bank->chip.parent, bank->irq,
			       omap_gpio_irq_handler,
			       0, dev_name(bank->chip.parent), bank);

bank->irq创建一个action,设置该action–>handleromap_gpio_irq_handler,将该action添加到bank->irq对应的irq_desc的actions链表。

第五部分 引用GPIO中断的节点的解析

从上面的分析中我们知道了如下几点:

  1. 每一个bank都对应一个gpio_chip和gpio_device

  2. 这个bank下的每一个gpio都会对应一个唯一的gpio_desc结构体,这些结构提的首地址存放在gpio_device的desc中

  3. 上面的gpio_device会加入到全局gpio_devices链表中

  4. gpio_chip的of_gpio_n_cells被赋值为2,表示引用一个gpio资源需要两个参数,负责解析这两个参数函数以的of_xlate函数为of_gpio_simple_xlate,其中第一个参数表示gpio号(在对应的bank中),第二个表示flag

这里用掉电保护功能的驱动为例,掉电保护功能设备树节点入下:

powerdown_protect__pins_default: powerdown_protect__pins_default {
    pinctrl-single,pins = <
        DRA7XX_CORE_IOPAD(0x37a4, (PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE14)) /* gpio7_7 */
        DRA7XX_CORE_IOPAD(0x34fc, (PIN_OUTPUT | MUX_MODE14)) /* gpio3_6 */
        >;
};
    powerdown_protect {
        compatible = "greerobot,powerdown_protect";
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&powerdown_protect__pins_default>;
        powerdown_detect_gpio  = <&gpio7 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        powerdown_ssd_en  = <&gpio3 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    };

上面的节点powerdown_protect中引用了gpio3、gpio7,而且在驱动中打算将这个gpio当作中断引脚来使用。

下面是掉电检测的驱动:

.....
int gpio_id = -1;
int ssd_en  = -1;
int irq_num = -1;

......
static int powerdown_protect_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	struct device_node *node = dev->of_node;
	int ret = -1;

	gpio_id = of_get_named_gpio(node, "powerdown_detect_gpio", 0);
.....
	ret = gpio_request(gpio_id, "powerdown_detect");
.....
	irq_num = gpio_to_irq(gpio_id);
.....
	ret = request_irq(irq_num, powerdown_detect_irq, IRQFLAGS, IRQDESC, pdev);
.....

	ret = misc_register(&pwd_miscdev);
	....

	return 0;

fail:
	gpio_free(gpio_id);
	return ret;
}

static int powerdown_protect_remove(struct platform_device *pdev)
{
	free_irq(irq_num, pdev);
	gpio_free(gpio_id);
	return 0;
}

static const struct of_device_id powerdown_protect_match[] = {
	{ .compatible = "greerobot,powerdown_protect", },
	{}
};

static struct platform_driver powerdown_protect_driver = {
	.probe = powerdown_protect_probe,
    .remove = powerdown_protect_remove,
	.driver	= {
		.name = "greerobot_powerdown_protect",
        .owner = THIS_MODULE,
		.of_match_table	= powerdown_protect_match,
	},
};

static __init int powerdown_protect_init(void)
{
	return platform_driver_register(&powerdown_protect_driver);
}

module_init(powerdown_protect_init);

其中我们只需要分析两个关键的函数:of_get_named_gpiogpio_to_irq.

of_get_named_gpio

这个函数的作用是根据传递的属性的name和索引号,得到一个gpio号

int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *list_name,
			    int index, enum of_gpio_flags *flags)
{
	struct gpio_desc *desc;

	desc = of_get_named_gpiod_flags(np, list_name, index, flags);
.....
	return desc_to_gpio(desc);
}
struct gpio_desc *of_get_named_gpiod_flags(struct device_node *np,
		     const char *propname, int index, enum of_gpio_flags *flags)
{
	struct of_phandle_args gpiospec;
	struct gpio_chip *chip;
	struct gpio_desc *desc;
	int ret;
	
    /* 解析"powerdown_detect_gpio"属性中第index字段,将解析结果存放到gpiospec中
struct of_phandle_args {
    struct device_node *np;  // int-gpio属性所引用的gpio-controller的node--gpio7
    int args_count;  // gpio7这个gpio-controller的#gpio-cells属性的值
    uint32_t args[MAX_PHANDLE_ARGS];  // 具体描述这个gpio属性的每一个参数
};
*/
	ret = of_parse_phandle_with_args_map(np, propname, "gpio", index,
					     &gpiospec);
	
// 上面gpiospec的np存放的索引用的gpio-controller的node,
// 遍历gpio_devices链表,找到对应的gpio_device,也就找到了gpio_chip
	chip = of_find_gpiochip_by_xlate(&gpiospec);
// 调用chip->of_xlate解析gpiospec,返回gpiospec的args中的第一个参数args[0],
// 也就是前面分析的在bank中的逻辑gpio号
// 知道了gpio号,就可以在gpio_device->desc中索引到对应的gpio_desc
	desc = of_xlate_and_get_gpiod_flags(chip, &gpiospec, flags);
.....
	return desc;
}
int desc_to_gpio(const struct gpio_desc *desc)
{
    // 获得这个gpio_desc对应的gpio在系统中的逻辑gpio号
	return desc->gdev->base + (desc - &desc->gdev->descs[0]);
}

gpio_to_irq

将这个gpio转换成对应的virq

gpio_to_irq(irq_gpio)

  ---> __gpio_to_irq(gpio)

​    ---> gpiod_to_irq(gpio_to_desc(gpio))

这里调用了两个函数,函数gpio_to_desc根据传入的全局逻辑gpio号找到对应的gpio_desc,原理是:遍历gpio_devices链表,根据传入的逻辑gpio号,就可以定位到所属的gpio_device,前面说过,在将gpio_device加入到gpio_devices链表的时候,不是乱加的,而是根据gpio_device的base和ngpio找到一个合适的位置。找到了gpio_device,那么通过索引它的desc成员,就可以找到对应的gpio_desc.

struct gpio_desc *gpio_to_desc(unsigned gpio)
{
	struct gpio_device *gdev;
	unsigned long flags;

	spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags);

	list_for_each_entry(gdev, &gpio_devices, list) {
		if (gdev->base <= gpio &&
		    gdev->base + gdev->ngpio > gpio) {
			spin_unlock_irqrestore(&gpio_lock, flags);
			return &gdev->descs[gpio - gdev->base];
		}
	}
......
	return NULL;
}
int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc)
{
	struct gpio_chip *chip;
	int offset;

	.......
	chip = desc->gdev->chip;
    
	offset = gpio_chip_hwgpio(desc);
	if (chip->to_irq) {
		int retirq = chip->to_irq(chip, offset);
	...
		return retirq;
	}
	return -ENXIO;
}

其to_irq定义如下

static int gpiochip_to_irq(struct gpio_chip *chip, unsigned offset)
{
....
	return irq_create_mapping(chip->irq.domain, offset);
}

需要注意的是offset,比如对于gpio7.7,那么offset就是7,这里的offset就是GPIO7这个控制器的hwirq,调用irq_create_mapping可以为该hwirq在kernel中分配一个唯一的virq,同时将hwirq和virq的映射关系存放到bank->irq_domain中。

映射过程中会设置该virq的higth level handler函数,上节我们在GPIO控制器驱动中注册了gpio_chip的handler为handle_bad_irq,此时我们还没有调用request_irq()来设置该中断的处理函数,所以disable该中断,desc->handler_irq也只能是handle_bad_irq

void
__irq_do_set_handler(struct irq_desc *desc, irq_flow_handler_t handle,
		     int is_chained, const char *name)
{
....
    if (handle == handle_bad_irq) {
....
		irq_state_set_disabled(desc);
		if (is_chained)
			desc->action = NULL;
		desc->depth = 1;
	}
	desc->handle_irq = handle;
	desc->name = name;
....
}

最后将注册该中断的中断处理函数:

    irq_num = gpio_to_irq(gpio_id);
    .....
    ret = request_irq(irq_num, powerdown_detect_irq, IRQFLAGS, IRQDESC, pdev);

创建一个action,设置该action-handler为powerdown_detect_irq,将该action添加到irq_num对应的irq_desc的actions链表,然后__setup_irq(),在没调用request_irq前desc->handler_irq是handle_bad_irq,现在我们要根据具体的中断触发方式来设置了,最终调用上面gpio中断控制器中注册的函数omap_gpio_irq_type()

request_irq
 -->__setup_irq
    -->__irq_set_trigger
      ->ret = chip->irq_set_type(&desc->irq_data, flags);
/*gpio控制器注册的irq_set_type回调函数omap_gpio_irq_type()*/

omap_gpio_irq_type()根据中断类类型来设置相应的desc->handler_irq,即handle_simple_irq

static int omap_gpio_irq_type(struct irq_data *d, unsigned type)
{
	struct gpio_bank *bank = omap_irq_data_get_bank(d);
	int retval;
	unsigned long flags;
	unsigned offset = d->hwirq;

	if (type & ~IRQ_TYPE_SENSE_MASK)
		return -EINVAL;

	if (!bank->regs->leveldetect0 &&
		(type & (IRQ_TYPE_LEVEL_LOW|IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH)))
		return -EINVAL;

	raw_spin_lock_irqsave(&bank->lock, flags);
	retval = omap_set_gpio_triggering(bank, offset, type);
	if (retval) {
		raw_spin_unlock_irqrestore(&bank->lock, flags);
		goto error;
	}
	omap_gpio_init_irq(bank, offset);
	if (!omap_gpio_is_input(bank, offset)) {
		raw_spin_unlock_irqrestore(&bank->lock, flags);
		retval = -EINVAL;
		goto error;
	}
	raw_spin_unlock_irqrestore(&bank->lock, flags);

	if (type & (IRQ_TYPE_LEVEL_LOW | IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH))
		irq_set_handler_locked(d, handle_level_irq);
	else if (type & (IRQ_TYPE_EDGE_FALLING | IRQ_TYPE_EDGE_RISING))
		/*
		 * Edge IRQs are already cleared/acked in irq_handler and
		 * not need to be masked, as result handle_edge_irq()
		 * logic is excessed here and may cause lose of interrupts.
		 * So just use handle_simple_irq.
		 */
		irq_set_handler_locked(d, handle_simple_irq);

	return 0;

error:
	return retval;
}

可以看到加载掉电保护驱动后,执行gpio_to_irq时创建了hwirq和virq之间的映射,分配到的virq是176.

[   12.189454] __irq_alloc_descs: alloc virq: 176, cnt: 1
[   12.195729] irq: irq 7 on domain gpio@48051000 mapped to virtual irq 176
[   12.195850] powerdown irq is 176

到此可以得到以下映射图:

第六部分 GPIO中断处理流程

回顾上述分析流程,GPIO7的hwirq:30,其virq:43,维护映射关系的为中断控制器GIC的irq_domain,中断处理函数在GPIO控制器驱动中设置:

/*drivers/gpio/gpio-omap.c*/
ret = devm_request_irq(bank->chip.parent, bank->irq,
			       omap_gpio_irq_handler,
			       0, dev_name(bank->chip.parent), bank);

掉电检测引脚GPIO7_7,其中断控制器为GPIO7,hwirq:7,其virq为:176,维护映射关系的为GPIO中断控制器的irq_domain,GPIO7_7的中断处理函数在掉电保护驱动中设置:

/*drivers/gree/gree_power_down.c*/
ret = request_irq(irq_num, powerdown_detect_irq, IRQFLAGS, IRQDESC, pdev);

检测到中断事件后:

  1. 先找到root interrupt controler(GIC)对应的irq_domain;
  2. 根据HW寄存器信息和irq_domain信息获取hwirq,即30;
  3. 调用handle_IRQ来处理该hwirq;
  4. 调用irq_find_mapping找到hwirq对应的IRQ NUMBER 43;
  5. 最终调用到generic_handle_irq来进行中断处理,即desc->handle_irq()

desc->handle_irq()在GPIO7的设备节点转换为platform_device过程中已设置为handle_fasteoi_irq,可能是其他函数;

handle_fasteoi_irq()进一步得到virq 43对应的irq_desc,并遍历执行链表desc->actions内的action函数,omap_gpio_irq_handler得到执行。

以上是GIC中断控制器层处理硬件中断号30的流程,generic_handle_irq最终会处理GPIO7 驱动注册的处理函数omap_gpio_irq_handler,流程如下:

omap_gpio_irq_handler中重复上面generic_handle_irq步骤:

  1. 找到GPIO7 interrupt controler对应的irq_domain
  2. 根据HW寄存器信息和irq_domain信息获取offset,即7;
  3. 调用irq_find_mapping找到hwirq对应的IRQ Number 176;
  4. 调用generic_handle_irq处理该IRQ Number 176.
  5. 根据virq得到irq_desc,执行desc->handle_irq()

desc->handle_irq在掉电检测驱动中request_irq时根据irq来设定,具体为handle_simple_irq(),handle_simple_irq()中最终遍历action list,调用specific handler,也就是我们掉电检测驱动注册的中断处理函数powerdown_detect_irq()

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