内核如何掌控中断号？

中断号由内核统一分配和管理，确保不同硬件设备的中断请求互不冲突，维护系统稳定运行。

在嵌入式 Linux 驱动开发中，确定设备使用的中断号（IRQ number）是让设备能够响应硬件事件（如数据到达、状态改变）的关键步骤，这个中断号并非一个固定不变的硬件物理编号，而是 Linux 内核在运行时动态分配或映射的一个虚拟中断号，以下是确定中断号的详细过程和主要方法：

硬件设备通常有一个物理中断线（或称为硬件中断号、中断引脚），在 Linux 内核中，这个物理中断线会被映射到一个内核管理的虚拟中断号（irq），驱动开发者主要关心和使用的是这个内核分配的 irq 值。

确定中断号的主要方法：

现代嵌入式 Linux 开发（尤其是使用设备树 Device Tree 的体系结构）中，设备树（Device Tree） 是最主要、最推荐的方式。

1. 通过设备树（Device Tree – 首选方法）

   • 原理： 设备树（.dts / .dtsi 文件）是一个描述硬件平台结构和资源（包括中断）的数据结构，它独立于内核源码，在系统启动时由 Bootloader（如 U-Boot）传递给内核。
   • 过程：
     1. 设备节点定义中断属性： 在描述你的硬件设备的设备树节点中，需要包含一个或多个 interrupts 属性，这个属性指定了该设备连接到哪个中断控制器（interrupt-parent）以及在该中断控制器上的哪个（或哪些）物理中断线/信号。
     2. 中断控制器节点： 系统中会有一个或多个中断控制器节点（如 intc, gic 等），它们定义了 #interrupt-cells 属性，说明其 interrupts 属性需要多少个 u32 单元来描述一个中断源，常见的值有 1, 2, 3。
     3. 内核解析与映射： 内核在启动时解析设备树，当它遇到一个带有 interrupts 属性的设备节点时：
        • 根据 interrupt-parent（或继承父节点的）找到对应的中断控制器节点。
        • 根据该中断控制器的 #interrupt-cells 值，读取 interrupts 属性中相应数量的 u32 值。
        • 这些 u32 值通常包含：物理中断号（硬件中断线编号）、中断触发类型（如边沿触发、电平触发、高/低有效等）、有时还有中断优先级/类型（取决于具体中断控制器）。
        • 内核根据这些信息,在内部为该物理中断线分配一个唯一的虚拟中断号 (irq)，并建立映射关系。
   • 驱动获取中断号：
     • 在驱动代码的 probe 函数（当设备与驱动匹配成功时调用）中，使用 platform_get_irq() 或 platform_get_irq_byname() 函数。
     • *`platform_get_irq(struct platform_device pdev, unsigned int num)`**:
       • pdev: 指向与该设备关联的 platform_device 结构体的指针（通常由 probe 函数参数传入）。
       • num: 设备树中该设备 interrupts 属性里定义的第几个中断（索引，从 0 开始），如果设备只有一个中断源，通常为 0。
       • 返回值： 成功时返回内核分配的虚拟中断号 (irq > 0)；失败时返回负的错误码（如 -ENXIO 表示中断未定义）。
     • platform_get_irq_byname(struct platform_device *pdev, const char *name):
       • 如果设备树节点中的中断使用了 interrupt-names 属性给中断命名（"tx", "rx", "int0"），则可以使用此函数按名称获取对应的中断号。
       • name: 要获取的中断在 interrupt-names 中指定的名称。
       • 返回值： 同上。
   • 示例 (设备树片段):

     &my_device { // 假设这是一个挂载在总线上的设备节点
         compatible = "vendor,my-device";
         reg = <0x10000000 0x1000>; // 寄存器地址范围
         interrupt-parent = <&intc>; // 指向中断控制器节点
         interrupts = <0 42 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; // 物理中断号=42, 高电平触发
         // 如果支持多个中断或有名字:
         // interrupts = <0 42 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>, <0 43 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
         // interrupt-names = "primary", "secondary";
     };

   • 示例 (驱动代码片段):

     static int my_driver_probe(struct platform_device *pdev)
     {
         int irq, ret;
         ...
         // 获取第一个（索引0）中断号
         irq = platform_get_irq(pdev, 0);
         if (irq < 0) {
             dev_err(&pdev->dev, "Failed to get IRQ: %d\n", irq);
             return irq; // 返回错误
         }
         // 或者按名称获取 (如果定义了 interrupt-names)
         // irq = platform_get_irq_byname(pdev, "primary");
         ...
         // 使用获取到的 irq 注册中断处理函数
         ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, my_interrupt_handler,
                               IRQF_SHARED, dev_name(&pdev->dev), my_private_data);
         if (ret) {
             dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ %d: %d\n", irq, ret);
             return ret;
         }
         ...
         return 0;
     }

2. 传统/旧方法（不推荐，仅用于遗留系统或无设备树）

   • 板级特定文件（Board File）: 在内核源码的板级支持包（BSP）或特定机器的文件（如 arch/arm/mach-xxx/board-yyy.c）中，通常会硬编码地为设备定义资源，包括中断号，驱动通过 platform_device 结构体获取这些资源。
   • 驱动获取中断号：
     • 在 probe 函数中，使用 platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, index) 获取 struct resource *。
     • 然后从 res->start 中提取中断号 (irq = res->start)。
   • 缺点： 高度依赖特定内核版本和板级代码，可移植性差，难以维护，现代嵌入式开发强烈建议使用设备树替代。

3. 直接硬件查询（极其罕见，不推荐）

   • 理论上,驱动可以读取设备的某个配置寄存器来获取它使用的中断线（物理号），但这需要：
     • 精确知道该寄存器位置和格式。
     • 知道如何将该物理中断号映射到内核虚拟中断号（这通常需要访问特定于平台/中断控制器的内部数据结构，非常复杂且易变）。
   • 强烈不推荐： 这种方法破坏了内核的中断抽象层，可移植性极差，极易出错，几乎只在非常早期的内核或特殊裸机场景中使用。在标准 Linux 驱动开发中应避免。

关键点总结：

1. 内核分配： 驱动使用的 irq 是内核管理的虚拟中断号，不是硬件的物理中断线号。
2. 设备树是标准： 对于现代嵌入式 Linux 开发，设备树 (Device Tree) 是定义和获取中断号的绝对首选和标准方法。 使用 platform_get_irq() 或 platform_get_irq_byname() 在驱动的 probe 函数中安全获取。
3. 避免硬编码： 绝不要在驱动代码中硬编码中断号 (irq)，这会导致驱动无法在不同硬件或不同配置上运行。
4. 理解设备树绑定： 正确编写设备树节点是基础，需要查阅：
   • 设备的数据手册,了解其物理中断输出。
   • 所用中断控制器（如 GIC, NVIC, 外部中断控制器芯片）的文档和 Linux 内核绑定文档 (Documentation/devicetree/bindings/interrupt-controller/)，了解其 #interrupt-cells 含义和 interrupts 属性的编码方式。
   • 硬件平台（SoC/板级）的参考设备树 (arch/arm64/boot/dts/vendor/ 等)。
5. 调试工具： 系统启动后，可以通过 /proc/interrupts 文件查看所有已注册中断的统计信息，包括中断号、所属设备、触发次数等，是验证中断是否成功注册和触发的有力工具。

在嵌入式 Linux 驱动开发中，确定中断号的正确且现代的方式是：在设备树 (.dts) 中为你的设备节点明确定义 interrupt-parent 和 interrupts 属性，然后在驱动的 probe 函数中使用 platform_get_irq() 或 platform_get_irq_byname() 函数获取内核分配的实际虚拟中断号 (irq)。 摒弃硬编码和直接操作硬件寄存器的方法，确保驱动的可移植性和可维护性。

引用说明：

• 主要基于 Linux 内核文档 (尤其是关于设备树、中断和平台设备的文档，可在 Documentation/ 目录下找到)。
• platform_get_irq() 等函数原型和用法参考 Linux 内核源码 (include/linux/platform_device.h, drivers/base/platform.c)。
• 设备树绑定规范参考内核源码 Documentation/devicetree/bindings/ 下的相关文件。
• 经典参考书籍如《Linux Device Drivers, 3rd Edition》(LDD3) 和《Essential Linux Device Drivers》提供了中断处理的基础知识，但需注意其中关于中断号获取的部分可能偏向旧方法，现代实践以设备树为主。