Linux 中断学习笔记（三）

中断的初始化
要使用中断肯定得初始化，这些初始化在系统启动时已经为你做好了，但是我们还是来看看怎样初始化的，这样就能更好的理解中断机制了。
先看下面函数：

355 void __init init_ISA_irqs (void)
356 {
357 int i;
358
//省略了一些代码

362 init_8259A(0);
363
364 for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) {
365 irq_desc[i].status = IRQ_DISABLED;
366 irq_desc[i].action = NULL;
367 irq_desc[i].depth = 1;
368
369 if (i < 16) {
370 /*
371 * 16 old-style INTA-cycle interrupts:
372 */
373 set_irq_chip_and_handler_name(i, &i8259A_chip,
374 handle_level_irq, "XT");
375 } else {
376 /*
377 * 'high' PCI IRQs filled in on demand
378 */
379 irq_desc[i].chip = &no_irq_chip;
380 }
381 }
382 }


上面的函数分为两个部分，一个是init_8259A(0)，另一个就是for循环了。从名字上我们就可以看出init_8259A()是干什么的了，它是用来初始化8259A的，设置它的相关寄存器，指明了它的工作方式。下面的for循环，一共循环了NR_IRQS(224)次，将刚才所讲的irq_desc[]初始化，初始化了status,action,depth字段，然后如果是前16个调用set_irq_chip_and_handler_name()，再往下看如果大于16，那么给字段chip赋no_irq_chiq这个定义如下 （kernel/irq/handle.c）：

88 struct irq_chip no_irq_chip = {
 89 .name = "none",
 90 .startup = noop_ret,
 91 .shutdown = noop,
 92 .enable = noop,
 93 .disable = noop,
 94 .ack = ack_bad,
 95 .end = noop,
 96 };


也就是说大于16是不需要中断控制器的。
然后再来看函数set_irq_chip_and_handler_name()，设置irq_desc[]数组中的chip和handle_irq字段，其函数定义如下：

594 set_irq_chip_and_handler_name(unsigned int irq, struct irq_chip *chip,
595 irq_flow_handler_t handle, const char *name)
596 {
597 set_irq_chip(irq, chip);//设置字段chip
598 __set_irq_handler(irq, handle, 0, name);//设置字段handler
599 }


函数set_irq_chip()中的主要代码为（kernel/irq/chip.c）：

int set_irq_chip(unsigned int irq, struct irq_chip *chip)
｛
struct irq_desc *desc;
desc = irq_desc + irq;//找到所要初始化的irq_desc

desc->chip = chip;
｝

函数__set_irq_handler()定义如下（kernel/irq/chip.c）：

void
 __set_irq_handler(unsigned int irq, irq_flow_handler_t handle, int is_chained,
                   const char *name)
{
struct irq_desc *desc;
desc = irq_desc + irq;
desc->handle_irq = handle;//给字段handle_irq赋一个函数

desc->name = name;
｝


也就是说执行set_irq_chip_and_handler_name(i, &i8259A_chip,handle_level_irq, "XT")后给数组irq_desc[]的第i个字段chip,handle_irq,name分别赋值i8259A_chip,handle_level_irq,XT。而其中handle_level_irq是一个函数指针，定义在kernel/irq/chip.c重要代码如下:

void fastcall
handle_level_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
{
struct irqaction *action;
irqreturn_t action_ret;
     action = desc->action;
     action_ret = handle_IRQ_event(irq, action);/* 注意这个函数*/
}

至此init_ISA_irqs (void)到这里结束，那么谁来调用它了？看下面代码：

387 void __init native_init_IRQ(void)
388 {
389 int i;
//...

392 pre_intr_init_hook();
//...

399 for (i = 0; i < (NR_VECTORS - FIRST_EXTERNAL_VECTOR); i++) {
400 int vector = FIRST_EXTERNAL_VECTOR + i;
401 if (i >= NR_IRQS)
402 break;
403 if (vector != SYSCALL_VECTOR)
404 set_intr_gate(vector, interrupt[i]);
405 }
420 }


其中将392行的函数pre_intr_init_hook()展开后就会发现：

30 void __init pre_intr_init_hook(void)
 31 {
 32 init_ISA_irqs();
 33 }


也就是在函数native_init_IRQ()里调用了init_ISA_irqs (void)。接着看native_init_IRQ()中的for循环，循环了224次（NR_VECTORS - FIRST_EXTERNAL_VECTOR），vector从0x20（FIRST_EXTERNAL_VECTOR）开始。且不等于0x80(vector != SYSCALL_VECTOR),即系统调用，循环执行set_intr_gate(vector, interrupt[i])，这个函数就是设置IDT中的中断门描述符（前面讲了，占8字节，主要保存中断处理程序的如够函数地址），将中断处理函数入口函数地址设置为interrupt[i]，当第i个中断发生后跳转到此地址执行。那么interrupt[]数组又是怎么实现的了？

69 #define IRQ(x,y) \
 70 IRQ##x##y##_interrupt
 71
 72 #define IRQLIST_16(x) \
 73 IRQ(x,0), IRQ(x,1), IRQ(x,2), IRQ(x,3), \
 74 IRQ(x,4), IRQ(x,5), IRQ(x,6), IRQ(x,7), \
 75 IRQ(x,8), IRQ(x,9), IRQ(x,a), IRQ(x,b), \
 76 IRQ(x,c), IRQ(x,d), IRQ(x,e), IRQ(x,f)
 77
 78 /* for the irq vectors */
 79 static void (*interrupt[NR_VECTORS - FIRST_EXTERNAL_VECTOR])(void) = {
 80 IRQLIST_16(0x2), IRQLIST_16(0x3),
 81 IRQLIST_16(0x4), IRQLIST_16(0x5), IRQLIST_16(0x6), IRQLIST_16(0x7),
 82 IRQLIST_16(0x8), IRQLIST_16(0x9), IRQLIST_16(0xa), IRQLIST_16(0xb),
 83 IRQLIST_16(0xc), IRQLIST_16(0xd), IRQLIST_16(0xe), IRQLIST_16(0xf)
 84 };


先看79行，这个就是函数指针数组interrupt[]，注意这个数组共224项，定义了从0x2到0xf的14个IRQLIST_16()，而每一个IRQLIST_16()又是16个IRQ(x,y),也就是说一共有224个IRQ(x,y)。
接着再看宏#define IRQ(x,y) IRQ##x##y##_interrupt
##表示将字符串连接起来，比如IRQ(0x2,0)就是IRQ0x20_interrupt,这样以来就会生成224个这样的函数，从IRQ0x20_interrupt一直到IRQ0xff_interupt。那么这些函数是如何定义的了？往下看include/asm-x86_64/hw_irq.h：

156 #define IRQ_NAME2(nr) nr##_interrupt(void)
157 #define IRQ_NAME(nr) IRQ_NAME2(IRQ##nr)

163 #define BUILD_IRQ(nr) \
164 asmlinkage void IRQ_NAME(nr); \
165 __asm__( \
166 "\n.p2align\n" \
167 "IRQ" #nr "_interrupt:\n\t" \
168 "push $~(" #nr ") ; " \
169 "jmp common_interrupt");


根据156和157两行的宏定义可以知道IRQ_NAME(nr)是一个函数IRQnr_interrupt()就是我们刚才上面所提到的函数数组中interrupt[]的一个，至于是哪一个就看nr是多少了。这个函数将nr取反（正数留给系统调用）压入堆栈中，后面用到的时候再取反就可以知道中断号了，然后跳转到common_interrupt，这是一个公共的程序，暂且不说。
这样我们就定义了一个interrupt[]数组中的一个函数，这只是一个函数，通过以下的宏就可以定义224个了arch/x86_64/kernel/i8259.c：

60 BUILD_16_IRQS(0x2) BUILD_16_IRQS(0x3)
 61 BUILD_16_IRQS(0x4) BUILD_16_IRQS(0x5) BUILD_16_IRQS(0x6) BUILD_16_IRQS(0x7)
 62 BUILD_16_IRQS(0x8) BUILD_16_IRQS(0x9) BUILD_16_IRQS(0xa) BUILD_16_IRQS(0xb)
 63 BUILD_16_IRQS(0xc) BUILD_16_IRQS(0xd) BUILD_16_IRQS(0xe) BUILD_16_IRQS(0xf)


这样以后就定义整个interrupt[]中的每一函数。
至此set_intr_gate(vector, interrupt[i]);执行结束。这样我们就对IDT初始化成功。