GICv3中断虚拟化-Linux中断子系统深度解析
说明：： 本文所参考的内核版本是：Linux (none) 6.3.0-rc1+：
1. 计算机中断处理框架简介：：
在计算机系统中，关于中断处理的软硬件框架如图1-1所示。一个设备中断从产生到处理的过程可以概括为以下5个主要阶段：
1） 设备产生中断信号并发送至中断控制器；：
2） 中断控制器将硬件中断ID定向到适当的CPU；：
3） CPU对中断进行响应，将PC指针跳至Vector表中的对应中断处理入口，即irq_handle；：
4） irq_handle进一步调用通用中断处理函数generic_handle_irq，位于Interrupt子系统内；：
5） generic_handle_irq再次调用设备驱动程序中注册的dev_irq_handle，以完成中断处理。：
图1-1
2. AArch64 vector tables初始化流程：：
AArch64架构下vector tables初始化流程见图2-1：
图2-1
nVHE模式下vector table初始化流程见图2-2：
图2-2
3. Linux中断子系统：：
3.1 Linux中断子系统框架：
Linux中断子系统框架按照Linux官方文档抽象层分为三个level：High-level driver API、High-level IRQ flow handlers、Chip-level hardware encapsulation。
但从当前Linux内核版本中除了上述三个抽象等级，还包括irq domain和interrupt descriptor management。
图3-1
High-level driver API：High-level driver API为设备驱动提供中断实现中断的申请、注销等API：
•request_irq()
•request_threaded_irq()
•free_irq()
•disable_irq()
•enable_irq()
•disable_irq_nosync() (SMP only)
•synchronize_irq() (SMP only)
•irq_set_irq_type()
•irq_set_irq_wake()
•irq_set_handler_data()
•irq_set_chip()
•irq_set_chip_data()
b. High-level IRQ flow handlers：
•handle_level_irq()
•handle_edge_irq()
•handle_fasteoi_irq()
•handle_simple_irq()
•handle_percpu_irq()
•handle_edge_eoi_irq()
•handle_bad_irq()
c. Chip-level hardware encapsulation：
•irq_ack
•irq_mask_ack – Optional, recommended for performance
•irq_mask
•irq_unmask
•irq_eoi – Optional, required for EOI flow handlers
•irq_retrigger – Optional
•irq_set_type – Optional
•irq_set_wake – Optional
3.2 IRQ domain：
IRQ domain用于将硬件的中断号，转换成Linux系统中的软件中断号，每一个Linux软件中断号对应一项 irq_desc, 每个中断控制器都对应一个IRQ Domain。 在硬件设计实现时，会将设备的中断信号关联到中断控制器，中断控制器会为设备分配硬件中断号，硬件中断号会定义在设备树或 ACPI表中，由bootloader传递给Linux系统，Linux系统启动加载设备驱动时，驱动程序会根据硬件中断号申请软件中断号，同时 注册设备驱动处理函数。登录后复制
IRQ Domain支持三种映射方式：linear map，tree map，no map；
•linear map：维护固定大小的表，索引是硬件中断号，如果硬件中断最大数量固定，并且数值不大，可以选择线性映射；
•tree map：硬件中断号可能很大，可以选择树映射；
•no map：硬件中断号直接就是Linux的中断号；
3.3 GICv3驱动初始化：
GICv3的初始化流程：
图3-2
3.4 Linux系统下中断响应流程：
Linux系统下中断响应流程：
设备触发中断–>中断控制器收到中断信号–>发送到响应CPU–>CPU响应中断–>执行CPU架构中断handle–>执行中断控制器handle–>执行Linux中断子系统handle–>执行设备驱动程序注册的中断处理函数.
Linux系统中断响应流程如下:
图3-3 Aarch64中断响应流程
图3-4 gicv3及中断子系统处理流程
图3-5 设备中断注册