中断子系统-ARM GPIO中断处理流程
目录
- 第一部分 GIC中断控制器的注册
- 第二部分 device node转化为platform_device
- 第三部分：platform_device注册添加
- 第四部分 GPIO控制器驱动
- 第五部分 引用GPIO中断的节点的解析
- 第六部分 GPIO中断处理流程
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 = ;
#size-cells = ;
compatible = "ti,dra7xx";
interrupt-parent = ;
chosen { };
gic: interrupt-controller@48211000 {
compatible = "arm,cortex-a15-gic";
interrupt-controller;
#interrupt-cells = ;
reg = ,
,
,
;
interrupts = ;
interrupt-parent = ;
};
ocp {
compatible = "ti,dra7-l3-noc", "simple-bus";
#address-cells = ;
#size-cells = ;
ranges = ;
ti,hwmods = "l3_main_1", "l3_main_2";
reg = ,
;
interrupts-extended = ,
;
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 = ;
interrupts = ;
ti,hwmods = "gpio7";
gpio-controller;
#gpio-cells = ;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = ;
};
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 = ;
reg = ,
,
,
;
interrupts = ;
interrupt-parent = ;
};
-
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 = ;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)和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。
device_node compatible
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 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_count 和 of_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 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 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 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 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
在 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 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);
为 bank->irq 创建一个action，设置该 action–>handler 为 omap_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：
-
每一个bank都对应一个gpio_chip和gpio_device
-
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
-
上面的gpio_device会加入到全局gpio_devices链表中
-
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 = ;
};
powerdown_protect {
compatible = "greerobot,powerdown_protect";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = ;
powerdown_detect_gpio = ;
powerdown_ssd_en = ;
};
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_gpio 和 gpio_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 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：
- 先找到root interrupt controler(GIC)对应的irq_domain；
- 根据HW寄存器信息和irq_domain信息获取hwirq,即30；
- 调用
handle_IRQ来处理该hwirq； - 调用
irq_find_mapping找到hwirq对应的IRQ NUMBER 43； - 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：
irq_find_mapping generic_handle_irq 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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