armlinux中断机制

ARM Linux中断机制涉及中断分类、中断号映射、中断处理流程等,通过irq_desc等数据结构管理。

ARM Linux 中断机制

armlinux中断机制

一、中断的基本概念

分类 说明
硬件中断 由外设(如键盘、鼠标、定时器等)产生的中断信号触发,需要 CPU 立即响应。
软件中断 由软件指令(如系统调用)触发,用于内核态与用户态的交互。

二、中断处理流程

硬件中断触发

中断源:外设或 GIC(Generic Interrupt Controller)生成中断信号。

中断向量表:ARM 处理器通过固定地址(如0x000000000xFFFF0000)的异常向量表跳转到中断处理程序。

CPU 响应中断

保存上下文:CPU 将当前程序计数器(PC)和状态寄存器(CPSR)保存到中断专用寄存器(如LRSPSR)。

模式切换:进入中断模式(IRQ 或 FIQ),并禁用同名中断以防止嵌套。

中断处理程序执行

上半部分(Top Half)

快速处理关键任务(如清除中断标志、屏蔽同类中断)。

使用local_irq_disable() 关闭本地中断,避免竞态条件。

底半部分(Bottom Half)

延迟处理非紧急任务(如数据拷贝、用户空间交互)。

通过软中断(Softirq)、任务队列(Tasklet)或工作队列(Workqueue)实现。

armlinux中断机制

恢复上下文

退出中断:从LR 恢复 PC,从SPSR 恢复 CPSR,重新启用中断。

三、中断控制器(GIC)

功能 说明
中断分发 GIC 接收硬件中断信号,根据优先级分发给指定 CPU 核心。
中断类型 SGI:软件触发中断(用于核间通信,如 IPI)。
PPI:私有外设中断(特定 CPU 的外设)。
SPI:共享外设中断(所有 CPU 共享的外设)。

四、中断初始化

1、内核启动阶段

初始化异常向量表(trap_init()early_trap_init())。

调用init_IRQ() 注册中断处理函数。

2、GIC 配置

设置中断优先级、触发方式(边沿/电平)。

分配中断号给外设。

五、中断处理优化

技术 作用
中断屏蔽 通过local_irq_disable() 临时关闭中断,减少嵌套开销。
底半机制 将非关键任务延后处理,缩短中断关闭时间,提升响应速度。

相关问题与解答

问题1:ARM Linux 中如何区分 IRQ 和 FIQ 模式?

armlinux中断机制

解答

IRQ 和 FIQ 是 ARM 的两种中断模式,区别如下:

FIQ(快速中断):用于高优先级、需快速响应的中断(如实时任务),处理程序直接从异常向量表中跳转,上下文保存更少。

IRQ(普通中断):用于常规外设中断,处理流程更复杂,支持嵌套和底半机制,两者通过中断控制寄存器(如CPSR 的 I/F 位)区分。

问题2:为什么需要底半机制?

解答

底半机制将中断处理分为两部分:

1、上半部分:在中断上下文中执行,需快速完成(如清除中断标志)。

2、底半部分:在正常内核上下文中执行,可安全调用睡眠函数或复杂操作(如调度任务)。

此举避免了长时间关闭中断导致的系统响应延迟,同时保证关键任务优先处理。

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