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。关于设备树的相关知识，本文先不展开，后续再找机会补充。来一张图，先简要介绍下关键路径：

• 设备树的节点信息，最终会变成device_node结构，在内存中维持一个树状结构；
• 设备与驱动，会根据compatible字段进行匹配；

3.2 驱动流程分析

GIC驱动的执行流程如下图所示：

• 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。中断控制器也存在级联的情况，of_irq_init函数中也处理了这种情况；
• 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；
• 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，这些结构在下文会进一步分析；
• 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；

3.3 数据结构分析

先来张图：

• GIC驱动中，使用struct gic_chip_data结构体来描述GIC控制器的信息，整个驱动都是围绕着该结构体的初始化，驱动中将函数指针都初始化好，实际的工作是由中断信号触发，也就是在中断来临的时候去进行回调；
• struct irq_chip结构，描述的是中断控制器的底层操作函数集，这些函数集最终完成对控制器硬件的操作；
• struct irq_domain结构，用于硬件中断号和Linux IRQ中断号（virq，虚拟中断号）之间的映射；

还是上一下具体的数据结构代码吧，关键注释如下：

struct irq_chip {
	struct device	*parent_device;     //指向父设备
	const char	*name;      //  /proc/interrupts中显示的名字
	unsigned int	(*irq_startup)(struct irq_data *data);  //启动中断，如果设置成NULL，则默认为enable
	void		(*irq_shutdown)(struct irq_data *data);     //关闭中断，如果设置成NULL，则默认为disable
	void		(*irq_enable)(struct irq_data *data);   //中断使能，如果设置成NULL，则默认为chip->unmask
	void		(*irq_disable)(struct irq_data *data);  //中断禁止

	void		(*irq_ack)(struct irq_data *data);  //开始新的中断
	void		(*irq_mask)(struct irq_data *data); //中断源屏蔽
	void		(*irq_mask_ack)(struct irq_data *data); //应答并屏蔽中断
	void		(*irq_unmask)(struct irq_data *data);   //解除中断屏蔽
	void		(*irq_eoi)(struct irq_data *data);  //中断处理结束后调用

	int		(*irq_set_affinity)(struct irq_data *data, const struct cpumask *dest, bool force); //在SMP中设置CPU亲和力
	int		(*irq_retrigger)(struct irq_data *data);    //重新发送中断到CPU
	int		(*irq_set_type)(struct irq_data *data, unsigned int flow_type); //设置中断触发类型
	int		(*irq_set_wake)(struct irq_data *data, unsigned int on);    //使能/禁止电源管理中的唤醒功能

	void		(*irq_bus_lock)(struct irq_data *data); //慢速芯片总线上的锁
	void		(*irq_bus_sync_unlock)(struct irq_data *data);  //同步释放慢速总线芯片的锁

	void		(*irq_cpu_online)(struct irq_data *data);
	void		(*irq_cpu_offline)(struct irq_data *data);

	void		(*irq_suspend)(struct irq_data *data);
	void		(*irq_resume)(struct irq_data *data);
	void		(*irq_pm_shutdown)(struct irq_data *data);

	void		(*irq_calc_mask)(struct irq_data *data);

	void		(*irq_print_chip)(struct irq_data *data, struct seq_file *p);
	int		(*irq_request_resources)(struct irq_data *data);
	void		(*irq_release_resources)(struct irq_data *data);

	void		(*irq_compose_msi_msg)(struct irq_data *data, struct msi_msg *msg);
	void		(*irq_write_msi_msg)(struct irq_data *data, struct msi_msg *msg);

	int		(*irq_get_irqchip_state)(struct irq_data *data, enum irqchip_irq_state which, bool *state);
	int		(*irq_set_irqchip_state)(struct irq_data *data, enum irqchip_irq_state which, bool state);

	int		(*irq_set_vcpu_affinity)(struct irq_data *data, void *vcpu_info);

	void		(*ipi_send_single)(struct irq_data *data, unsigned int cpu);
	void		(*ipi_send_mask)(struct irq_data *data, const struct cpumask *dest);

	unsigned long	flags;
};

struct irq_domain {
	struct list_head link;  //用于添加到全局链表irq_domain_list中
	const char *name;   //IRQ domain的名字
	const struct irq_domain_ops *ops;   //IRQ domain映射操作函数集
	void *host_data;    //在GIC驱动中，指向了irq_gic_data
	unsigned int flags; 
	unsigned int mapcount;  //映射中断的个数

	/* Optional data */
	struct fwnode_handle *fwnode;
	enum irq_domain_bus_token bus_token;
	struct irq_domain_chip_generic *gc;
#ifdef	CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
	struct irq_domain *parent;  //支持级联的话，指向父设备
#endif
#ifdef CONFIG_GENERIC_IRQ_DEBUGFS
	struct dentry		*debugfs_file;
#endif

	/* reverse map data. The linear map gets appended to the irq_domain */
	irq_hw_number_t hwirq_max;  //IRQ domain支持中断数量的最大值
	unsigned int revmap_direct_max_irq;
	unsigned int revmap_size;   //线性映射的大小
	struct radix_tree_root revmap_tree; //Radix Tree映射的根节点
	unsigned int linear_revmap[];   //线性映射用到的查找表
};

struct irq_domain_ops {
	int (*match)(struct irq_domain *d, struct device_node *node,
		     enum irq_domain_bus_token bus_token);      // 用于中断控制器设备与IRQ domain的匹配
	int (*select)(struct irq_domain *d, struct irq_fwspec *fwspec,
		      enum irq_domain_bus_token bus_token);
	int (*map)(struct irq_domain *d, unsigned int virq, irq_hw_number_t hw);    //用于硬件中断号与Linux中断号的映射
	void (*unmap)(struct irq_domain *d, unsigned int virq);
	int (*xlate)(struct irq_domain *d, struct device_node *node,
		     const u32 *intspec, unsigned int intsize,
		     unsigned long *out_hwirq, unsigned int *out_type);     //通过device_node，解析硬件中断号和触发方式

#ifdef	CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY
	/* extended V2 interfaces to support hierarchy irq_domains */
	int (*alloc)(struct irq_domain *d, unsigned int virq,
		     unsigned int nr_irqs, void *arg);
	void (*free)(struct irq_domain *d, unsigned int virq,
		     unsigned int nr_irqs);
	void (*activate)(struct irq_domain *d, struct irq_data *irq_data);
	void (*deactivate)(struct irq_domain *d, struct irq_data *irq_data);
	int (*translate)(struct irq_domain *d, struct irq_fwspec *fwspec,
			 unsigned long *out_hwirq, unsigned int *out_type);
#endif
};

3.3.1 IRQ domain

IRQ domain用于将硬件的中断号，转换成Linux系统中的中断号（virtual irq, virq），来张图：

• 每个中断控制器都对应一个IRQ Domain；
• 中断控制器驱动通过irq_domain_add_*()接口来创建IRQ Domain；
• IRQ Domain支持三种映射方式：linear map（线性映射），tree map（树映射），no map（不映射）；
  1. 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；
  2. tree map：硬件中断号可能很大，可以选择树映射；
  3. no map：硬件中断号直接就是Linux的中断号；

三种映射的方式如下图：

• 图中描述了三个中断控制器，对应到三种不同的映射方式；
• 各个控制器的硬件中断号可以一样，最终在Linux内核中映射的中断号是唯一的；

4 Arch-speicific代码分析

中断也是异常模式的一种，当外设触发中断时，处理器会切换到特定的异常模式进行处理，而这部分代码都是架构相关的；ARM64的代码位于arch/arm64/kernel/entry.S。

ARM64处理器有四个异常级别Exception Level：0~3，EL0级对应用户态程序，EL1级对应操作系统内核态，EL2级对应Hypervisor，EL3级对应Secure Monitor；

异常触发时，处理器进行切换，并且跳转到异常向量表开始执行，针对中断异常，最终会跳转到irq_handler中；

entry.S中断汇编代码比较简单，如下：

/*
 * Interrupt handling.
 */
	.macro	irq_handler
	ldr_l	x1, handle_arch_irq
	mov	x0, sp
	irq_stack_entry
	blr	x1
	irq_stack_exit
	.endm

来张图：

• 中断触发，处理器去异常向量表找到对应的入口，比如EL0的中断跳转到el0_irq处，EL1则跳转到el1_irq处；
• 在GIC驱动中，会调用set_handle_irq接口来设置handle_arch_irq的函数指针，让它指向gic_handle_irq，因此中断触发的时候会跳转到gic_handle_irq处执行；
• gic_handle_irq函数处理时，分为两种情况，一种是外设触发的中断，硬件中断号在16 ~ 1020之间，一种是软件触发的中断，用于处理器之间的交互，硬件中断号在16以内；
• 外设触发中断后，根据irq domain去查找对应的Linux IRQ中断号，进而得到中断描述符irq_desc，最终也就能调用到外设的中断处理函数了；