Linux 2.6.36 x86 内核中断初始化过程详解

随着硬件技术的发展，中断控制芯片已经不再是传统的ISA总线连着的简单PIC了，APIC，MSI，MSIX等等的词语大家已经非常的熟悉。同时，Linux内核也在不断发展，它在中断上的实现也越来越复杂，在这里我来讨论介绍一下Linux x86 架构下的中断初始化过程。

在start_kernel()之前的中断门初始化就不多啰嗦了，在随便的内核教科书里都能看到，这里就从start_kernel以后开始。

1.8259a、LAPIC相关数据结构初始化 

在Linux之中对于每一个中断有两个重要的数据结构与之对应，他们分别是中断门描述符gate_desc和中断请求描述符irq_desc。

我们所谓的中断初始化也就是对这两个数据结构进行初始化。

gate_desc

gate_desc很简单，就是一个有着高CPL的普通门描述符。关键就是有一个成员是中断门函数地址，这个地址我们可以直接保存我们的ISR（中断服务程序），也可以保存一个一般中断的入口地址，然后通过这个入口地址指向irq_desc里面保存的ISR，的确Linux就是这样分多种情况实现的。

irq_desc

irq_desc里面成员就非常多并且复杂了，由于本文主要描述中断初始化过程，所以对触发过程顺便带过，关于中断的各种触发方式和处理过程会在其他文章中详细讲述。

struct irq_desc {
 unsigned int  irq;
 unsigned int            *kstat_irqs;
 irq_flow_handler_t handle_irq;

 struct irqaction *action;

 struct irq_chip  *chip;
 struct msi_desc  *msi_desc;
 void   *handler_data;
 void   *chip_data;
 const char  *name;

 ...

 ...s
}

其中中断芯片结构指针*chip，中断触发方式 handle_irq，以及中断服务程序链表*action。

中断初始化路径：start_kernel() -> init_IRQ() -> native_init_IRQ() ->

 void __init native_init_IRQ(void)
{
     int i;

     /* 初始化8259a PIC中断控制器相关数据结构*/
     x86_init.irqs.pre_vector_init();

    /* 初始化SMP的APIC中断门描述符*/
    apic_intr_init();

    /*在这里进行遍历所有的中断门，将所有还没有配置得中断门进行统一配置，在这里有一个interrupt函数数组指针，当中断发生的时候将会触发这个interrupt函数，然后所有的interrupt都会从调用do_IRQ的函数，在do_IRQ（）里面触发真正的中断服务程序。 */
    for (i = FIRST_EXTERNAL_VECTOR; i < NR_VECTORS; i++) {
            if (!test_bit(i, used_vectors))
           set_intr_gate(i, interrupt[i-FIRST_EXTERNAL_VECTOR]);
    }
}

(1)初始化8259a相关

void __init init_ISA_irqs(void)
{
     int i;

     /*初始化PIC和local APIC芯片，通过写IO，对芯片进行初始化。*/

    #if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
     init_bsp_APIC();
    #endif
     init_8259A(0);

     /*在这里将8259a控制的16个中断进行芯片初始化。并且设置电平触发方式，这样是对上面说的irq_desc这个结构进行初始化，当然这里只是PIC芯片部分。*/

     for (i = 0; i < NR_IRQS_LEGACY; i++) {
        struct irq_desc *desc = irq_to_desc(i);

        desc->status = IRQ_DISABLED;
        desc->action = NULL;
        desc->depth = 1;

        set_irq_chip_and_handler_name(i, &i8259A_chip,
           handle_level_irq, "XT");
     }
}
 (2)Apic默认基本中断门初始化。

static void __init apic_intr_init(void)
{
     smp_intr_init();

    #ifdef CONFIG_X86_THERMAL_VECTOR
     alloc_intr_gate(THERMAL_APIC_VECTOR, thermal_interrupt);
    #endif
    #ifdef CONFIG_X86_MCE_THRESHOLD
     alloc_intr_gate(THRESHOLD_APIC_VECTOR, threshold_interrupt);
    #endif
    #if defined(CONFIG_X86_MCE) && defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
     alloc_intr_gate(MCE_SELF_VECTOR, mce_self_interrupt);
    #endif

    #if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
     /* self generated IPI for local APIC timer */
     alloc_intr_gate(LOCAL_TIMER_VECTOR, apic_timer_interrupt);

     /* IPI for X86 platform specific use */
     alloc_intr_gate(X86_PLATFORM_IPI_VECTOR, x86_platform_ipi);

     /* IPI vectors for APIC spurious and error interrupts */
     alloc_intr_gate(SPURIOUS_APIC_VECTOR, spurious_interrupt);
     alloc_intr_gate(ERROR_APIC_VECTOR, error_interrupt);

     /* Performance monitoring interrupts: */
    # ifdef CONFIG_PERF_EVENTS
     alloc_intr_gate(LOCAL_PENDING_VECTOR, perf_pending_interrupt);
    # endif

    #endif
}

我们可以看到这些中断初始化很特别，就像我们设置的陷阱门系统调用一样，将中断处理函数直接放在中断门得指向地址，这样只要中断到来，一旦通过中断门将直接跳像中断处理函数，而忽略了irq_desc部分，不需要考虑怎么触发，不需要考虑怎么调度。我们在Linux用

cat /proc/interrupts 也可以看到这些中断与众不同，如下图。这些中断左边显示的不是中断请求号，而是一个标识，右边显示的也不是中断控制芯片的信息。