linux irq 自动探测

前言

　　编写驱动的时候，经常会用到中断，这时候我们在驱动初始化时就得申请中断，那么问题来了，中断号是多少呢？以前的中断号在板级相关的头文件里面已经静态定义好了，bsp的代码在内核启动过程也会根据那个帮我们建立好hw irq到irq的映射，我们直接用它静态定义的irq就可以了。但是在硬件越来越复杂的今天，经常会碰到一个系统里同时有几个中断控制器同时存在的情况（级联），内核因此实现了另一套处理机制（irq domain)，这个时候，我们通过翻看datasheet，也仅仅能知道hw irq，最终具体映射到哪个irq上了呢，还真不是那么容易知道的，运气好的呢，在sdk开发文档里面已经标明清楚了，否则我们就只能read the fucking source code了。当然，我们还有另一种尝试方法，就是内核提供的irq探测机制。

irq探测机制使用

以下是LDD3中的并口示例代码:

int count = 0;
do
{
        unsigned long mask;
        mask = probe_irq_on();
        outb_p(0x10,short_base+2); /* enable reporting */
        outb_p(0x00,short_base); /* clear the bit */
        outb_p(0xFF,short_base); /* set the bit: interrupt! */
        outb_p(0x00,short_base+2); /* disable reporting */
        udelay(5); /* give it some time */
        short_irq = probe_irq_off(mask);
        if (short_irq == 0) { /* none of them? */
                printk(KERN_INFO "short: no irq reported by probe\n");
                short_irq = -1;
        }
} while (short_irq < 0 && count++ < 5);
if (short_irq < 0)
        printk("short: probe failed %i times, giving up\n", count);

调用probe_irq_on函数之后，驱动程序要安排设备产生至少一次中断，上面的例子就是通过控制寄存器来使设备触发一次中断，在设备产生中断之后，驱动程序要调用probe_irq_off，并将前面probe_irq_on返回的位掩码作为参数传递给它（其实该掩码暂时无意义，后面分析内部实现的时候会发现这点）。probe_irq_off返回probe_irq_on之后发生的中断编号。如果没有中断发生，就返回0。如果产生了多次中断，出现了二义性，就返回负数（该负数是最小中断号的负数）。

使用内核提供的接口探测中断号时，需要注意在调用probe_irq_on之后启用设备中断，在调用probe_irq_off之前禁用中断。另外，在probe_irq_off之后，需要处理设备上待处理的中断，同时，irq探测机制是不适合中断共享方式的。

irq 探测原理

需要注意的是，只有在配置了CONFIG_GENERIC_IRQ_PROBE的时候，irq探测机制才会生效。下面看probe_irq_on内部实现：

/*
 * Autodetection depends on the fact that any interrupt that
 * comes in on to an unassigned handler will get stuck with
 * "IRQS_WAITING" cleared and the interrupt disabled.
 */


unsigned long probe_irq_on(void)
{
	struct irq_desc *desc;
	unsigned long mask = 0;
	int i;

	/*
	 * quiesce the kernel, or at least the asynchronous portion
	 */
	async_synchronize_full();
	mutex_lock(&probing_active);
	/*
	 * something may have generated an irq long ago and we want to
	 * flush such a longstanding irq before considering it as spurious.
	 */
	for_each_irq_desc_reverse(i, desc) {
		raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
		if (!desc->action && irq_settings_can_probe(desc)) {
			/*
			 * Some chips need to know about probing in
			 * progress:
			 */
			if (desc->irq_data.chip->irq_set_type)
				desc->irq_data.chip->irq_set_type(&desc->irq_data,
							 IRQ_TYPE_PROBE);
			irq_startup(desc, false);
		}
		raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
	}

	/* Wait for longstanding interrupts to trigger. */
	msleep(20);

	/*
	 * enable any unassigned irqs
	 * (we must startup again here because if a longstanding irq
	 * happened in the previous stage, it may have masked itself)
	 */
	for_each_irq_desc_reverse(i, desc) {
		raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
		if (!desc->action && irq_settings_can_probe(desc)) {
			desc->istate |= IRQS_AUTODETECT | IRQS_WAITING;
			if (irq_startup(desc, false))
				desc->istate |= IRQS_PENDING;
		}
		raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
	}

	/*
	 * Wait for spurious interrupts to trigger
	 */
	msleep(100);

	/*
	 * Now filter out any obviously spurious interrupts
	 */
	for_each_irq_desc(i, desc) {
		raw_spin_lock_irq(&desc->lock);

		if (desc->istate & IRQS_AUTODETECT) {
			/* It triggered already - consider it spurious. */
			if (!(desc->istate & IRQS_WAITING)) {
				desc->istate &= ~IRQS_AUTODETECT;
				irq_shutdown(desc);
			} else
				if (i < 32)
					mask |= 1 << i;
		}
		raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
	}

	return mask;
}

三次循环遍历irq_desc，第一次反向遍历，如果对应的irq还没有注册，即desc->action为NULL，且该irq允许探测irq_settings_can_probe(desc)，那么使能该中断；第二次还是反向遍历，如果对应的irq还没有注册且允许探测，那么就在该irq对应的desc上的istate里添加IRQS_AUTODETECT | IRQS_WAITING标志；第三次，正向遍历，如果发现irq对应的desc上的istate的IRQS_AUTODETECT存在，但是它的IRQS_WAITING被清除了，那么说明运行到这里，发生了莫名其妙的中断，这个中断当然不是我们将要探测的中断，毕竟我们都还没触发它产生中断，于是就清除掉IRQS_AUTODETECT并禁用它的中断。从上面的分析可以看出，probe_irq_on就是在适合的中断上添加了IRQS_AUTODETECT | IRQS_WAITING标志，并暂时开启了它们的中断能力。

分析完probe_irq_on，现在继续分析probe_irq_off：

int probe_irq_off(unsigned long val)
{
	int i, irq_found = 0, nr_of_irqs = 0;
	struct irq_desc *desc;

	for_each_irq_desc(i, desc) {
		raw_spin_lock_irq(&desc->lock);

		if (desc->istate & IRQS_AUTODETECT) {
			if (!(desc->istate & IRQS_WAITING)) {
				if (!nr_of_irqs)
					irq_found = i;
				nr_of_irqs++;
			}
			desc->istate &= ~IRQS_AUTODETECT;
			irq_shutdown(desc);
		}
		raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
	}
	mutex_unlock(&probing_active);

	if (nr_of_irqs > 1)
		irq_found = -irq_found;

	return irq_found;
}

注意，在probe_irq_off前，需要我们自己触发中断，这个请参考前面的例子。probe_irq_off里面就是一次遍历，寻找有设置IRQS_AUTODETECT，但是无IRQS_WAITING的，这种情况，意味着该irq号对应的设备有中断产生（后面我会分析具体清除IRQS_WAITING的地方）。另外，我们也会发现，probe_irq_off只会记录第一个发现的中断，并且在发现有多个中断产生时，会将第一个发现的中断号取反并返回。

下面分析下具体清除IRQS_WAITING的地方，以以前的中断处理为例，毕竟现在的中断控制器都会定义自己控制器的中断处理，各式各样，这里面的思想是一样的。当一个中断产生时，调用的逻辑如下：

irq_handler-->arch_irq_handler_default-->asm_do_IRQ-->handle_IRQ-->generic_handle_irq-->generic_handle_irq_desc-->desc->handle_irq-->handle_level_irq|handle_edge_irq

在handle_level_irq中：

void
handle_level_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
{
...
...
...
	desc->istate &= ~(IRQS_REPLAY | IRQS_WAITING);
...
...
...
}

这说明，只要某个irq有中断产生，它对应的desc里面的IRQS_WAITING就会被清除。

总结

本文讨论的中断探测机制在我们不知道中断号的情况时，也不失为一种获取中断号的方法，对吧！

完！
2013年7月