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如果您发现本文档与原始文件有任何不同或者有翻译问题，请联系该文件的译者， 或者请求时奎亮的帮助：<alexs@kernel.org>。

Original:

The irq_domain interrupt number mapping library

翻译:

司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> 周彬彬 Binbin Zhou <zhoubinbin@loongson.cn>

irq_domain 中断号映射库

目前Linux内核的设计使用了一个巨大的数字空间，每个独立的IRQ源都被分配了一个不 同的数字。 当只有一个中断控制器时，这很简单，但在有多个中断控制器的系统中，内核必须确保每 个中断控制器都能得到非重复的Linux IRQ号（数字）分配。

注册为唯一的irqchips的中断控制器编号呈现出上升的趋势：例如GPIO控制器等不同 种类的子驱动程序通过将其中断处理程序建模为irqchips，即实际上是级联中断控制器， 避免了重新实现与IRQ核心系统相同的回调机制。

在这里，中断号与硬件中断号离散了所有种类的对应关系：而在过去，IRQ号可以选择， 使它们与硬件IRQ线进入根中断控制器（即实际向CPU发射中断线的组件）相匹配，现 在这个编号仅仅是一个数字。

出于这个原因，我们需要一种机制将控制器本地中断号（即硬件irq编号）与Linux IRQ 号分开。

irq_alloc_desc*() 和 irq_free_desc*() API 提供了对irq号的分配，但它们不 提供任何对控制器本地IRQ(hwirq)号到Linux IRQ号空间的反向映射的支持。

irq_domain 库在 irq_alloc_desc*() API 的基础上增加了 hwirq 和 IRQ 号码 之间的映射。 相比于中断控制器驱动开放编码自己的反向映射方案，我们更喜欢用 irq_domain来管理映射。

irq_domain还实现了从抽象的irq_fwspec结构体到hwirq号的转换（到目前为止是 Device Tree和ACPI GSI），并且可以很容易地扩展以支持其它IRQ拓扑数据源。

irq_domain的用法

中断控制器驱动程序通过以下方式创建并注册一个irq_domain。调用 irq_domain_add_*() 或 irq_domain_create_*()函数之一（每个映射方法都有不 同的分配器函数，后面会详细介绍）。 函数成功后会返回一个指向irq_domain的指针。 调用者必须向分配器函数提供一个irq_domain_ops结构体。

在大多数情况下，irq_domain在开始时是空的，没有任何hwirq和IRQ号之间的映射。 通过调用irq_create_mapping()将映射添加到irq_domain中，该函数接受 irq_domain和一个hwirq号作为参数。 如果hwirq的映射还不存在，那么它将分配 一个新的Linux irq_desc，将其与hwirq关联起来，并调用.map()回调，这样驱动 程序就可以执行任何必要的硬件设置。

一旦建立了映射，可以通过多种方法检索或使用它：

  • irq_resolve_mapping()返回一个指向给定域和hwirq号的irq_desc结构指针， 如果没有映射则返回NULL。

  • irq_find_mapping()返回给定域和hwirq的Linux IRQ号，如果没有映射则返回0。

  • irq_linear_revmap()现与irq_find_mapping()相同，已被废弃。

  • generic_handle_domain_irq()处理一个由域和hwirq号描述的中断。

请注意，irq域的查找必须发生在与RCU读临界区兼容的上下文中。

在调用irq_find_mapping()之前，至少要调用一次irq_create_mapping()函数， 以免描述符不能被分配。

如果驱动程序有Linux的IRQ号或irq_data指针，并且需要知道相关的hwirq号（比 如在irq_chip回调中），那么可以直接从irq_data->hwirq中获得。

irq_domain映射的类型

从hwirq到Linux irq的反向映射有几种机制，每种机制使用不同的分配函数。应该 使用哪种反向映射类型取决于用例。 下面介绍每一种反向映射类型：

线性映射

irq_domain_add_linear()
irq_domain_create_linear()

线性反向映射维护了一个固定大小的表，该表以hwirq号为索引。 当一个hwirq被映射 时，会给hwirq分配一个irq_desc，并将irq号存储在表中。

当最大的hwirq号固定且数量相对较少时，线性图是一个很好的选择（~<256）。 这种 映射的优点是固定时间查找IRQ号，而且irq_descs只分配给在用的IRQ。 缺点是该表 必须尽可能大的hwirq号。

irq_domain_add_linear()和irq_domain_create_linear()在功能上是等价的， 除了第一个参数不同--前者接受一个Open Firmware特定的 'struct device_node' 而 后者接受一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

大多数驱动应该使用线性映射

树状映射

irq_domain_add_tree()
irq_domain_create_tree()

irq_domain维护着从hwirq号到Linux IRQ的radix的树状映射。 当一个hwirq被映射时， 一个irq_desc被分配，hwirq被用作radix树的查找键。

如果hwirq号可以非常大，树状映射是一个很好的选择，因为它不需要分配一个和最大hwirq 号一样大的表。 缺点是，hwirq到IRQ号的查找取决于表中有多少条目。

irq_domain_add_tree()和irq_domain_create_tree()在功能上是等价的，除了第一 个参数不同——前者接受一个Open Firmware特定的 'struct device_node' ，而后者接受 一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

很少有驱动应该需要这个映射。

无映射

irq_domain_add_nomap()

当硬件中的hwirq号是可编程的时候，就可以采用无映射类型。 在这种情况下，最好将 Linux IRQ号编入硬件本身，这样就不需要映射了。 调用irq_create_direct_mapping() 会分配一个Linux IRQ号，并调用.map()回调，这样驱动就可以将Linux IRQ号编入硬件中。

大多数驱动程序无法使用此映射，现在它由CONFIG_IRQ_DOMAIN_NOMAP选项控制。 请不要引入此API的新用户。

传统映射类型

irq_domain_add_simple()
irq_domain_add_legacy()
irq_domain_create_simple()
irq_domain_create_legacy()

传统映射是已经为 hwirqs 分配了一系列 irq_descs 的驱动程序的特殊情况。 当驱动程 序不能立即转换为使用线性映射时，就会使用它。 例如，许多嵌入式系统板卡支持文件使用 一组用于IRQ号的定义（#define），这些定义被传递给struct设备注册。 在这种情况下， 不能动态分配Linux IRQ号，应该使用传统映射。

顾名思义，*_legacy()系列函数已被废弃，只是为了方便对古老平台的支持而存在。 不应该增加新的用户。当*_simple()系列函数的使用导致遗留行为时，他们也是如此。

传统映射假设已经为控制器分配了一个连续的IRQ号范围，并且可以通过向hwirq号添加一 个固定的偏移来计算IRQ号，反之亦然。 缺点是需要中断控制器管理IRQ分配，并且需要为每 个hwirq分配一个irq_desc，即使它没有被使用。

只有在必须支持固定的IRQ映射时，才应使用传统映射。 例如，ISA控制器将使用传统映射来 映射Linux IRQ 0-15，这样现有的ISA驱动程序就能得到正确的IRQ号。

大多数使用传统映射的用户应该使用irq_domain_add_simple()或 irq_domain_create_simple()，只有在系统提供IRQ范围时才会使用传统域，否则将使用 线性域映射。这个调用的语义是这样的：如果指定了一个IRQ范围，那么 描述符将被即时分配 给它，如果没有范围被分配，它将不会执行 irq_domain_add_linear() 或 irq_domain_create_linear()，这意味着 no irq 描述符将被分配。

一个简单域的典型用例是，irqchip供应商同时支持动态和静态IRQ分配。

为了避免最终出现使用线性域而没有描述符被分配的情况，确保使用简单域的驱动程序在任何 irq_find_mapping()之前调用irq_create_mapping()是非常重要的，因为后者实际上 将用于静态IRQ分配情况。

irq_domain_add_simple()和irq_domain_create_simple()以及 irq_domain_add_legacy()和irq_domain_create_legacy()在功能上是等价的，只 是第一个参数不同--前者接受Open Firmware特定的 'struct device_node' ，而后者 接受一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

IRQ域层级结构

在某些架构上，可能有多个中断控制器参与将一个中断从设备传送到目标CPU。 让我们来看看x86平台上典型的中断传递路径吧

Device --> IOAPIC -> Interrupt remapping Controller -> Local APIC -> CPU

涉及到的中断控制器有三个:

  1. IOAPIC 控制器

  2. 中断重映射控制器

  3. Local APIC 控制器

为了支持这样的硬件拓扑结构，使软件架构与硬件架构相匹配，为每个中断控制器建立一 个irq_domain数据结构，并将这些irq_domain组织成层次结构。

在建立irq_domain层次结构时，靠近设备的irq_domain为子域，靠近CPU的 irq_domain为父域。所以在上面的例子中，将建立如下的层次结构。

CPU Vector irq_domain (root irq_domain to manage CPU vectors)
        ^
        |
Interrupt Remapping irq_domain (manage irq_remapping entries)
        ^
        |
IOAPIC irq_domain (manage IOAPIC delivery entries/pins)

使用irq_domain层次结构的主要接口有四个:

  1. irq_domain_alloc_irqs(): 分配IRQ描述符和与中断控制器相关的资源来传递这些中断。

  2. irq_domain_free_irqs(): 释放IRQ描述符和与这些中断相关的中断控制器资源。

  3. irq_domain_activate_irq(): 激活中断控制器硬件以传递中断。

  4. irq_domain_deactivate_irq(): 停用中断控制器硬件，停止传递中断。

为了支持irq_domain层次结构，需要做如下修改:

  1. 一个新的字段 'parent' 被添加到irq_domain结构中；它用于维护irq_domain的层次信息。

  2. 一个新的字段 'parent_data' 被添加到irq_data结构中；它用于建立层次结构irq_data以 匹配irq_domain层次结构。irq_data用于存储irq_domain指针和硬件irq号。

  3. 新的回调被添加到irq_domain_ops结构中，以支持层次结构的irq_domain操作。

在支持分层irq_domain和分层irq_data准备就绪后，为每个中断控制器建立一个irq_domain结 构，并为每个与IRQ相关联的irq_domain分配一个irq_data结构。现在我们可以再进一步支持堆 栈式(层次结构)的irq_chip。也就是说，一个irq_chip与层次结构中的每个irq_data相关联。 一个子irq_chip可以自己或通过与它的父irq_chip合作来实现一个所需的操作。

通过堆栈式的irq_chip，中断控制器驱动只需要处理自己管理的硬件，在需要的时候可以向其父 irq_chip请求服务。所以我们可以实现更简洁的软件架构。

为了让中断控制器驱动程序支持irq_domain层次结构，它需要做到以下几点:

  1. 实现 irq_domain_ops.alloc 和 irq_domain_ops.free

  2. 可选择地实现 irq_domain_ops.activate 和 irq_domain_ops.deactivate.

  3. 可选择地实现一个irq_chip来管理中断控制器硬件。

  4. 不需要实现irq_domain_ops.map和irq_domain_ops.unmap，它们在层次结构 irq_domain中是不用的。

irq_domain层次结构绝不是x86特有的，大量用于支持其他架构，如ARM、ARM64等。

调试功能

打开CONFIG_GENERIC_IRQ_DEBUGFS，可让IRQ子系统的大部分内部结构都在debugfs中暴露出来。