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中斷是大家用的最多的功能，不管是單片機還是 Linux 系統，都需要用到中斷，對它的深入理解是非常必要的。

為什么需要中斷?

答案：處理器的速度比外設快很多，內核必須要處理其他任務，只有當外設準備好了，CPU才轉過來處理外設的事務。

一般通訊方式為：輪詢(polling)、中斷(interrupt)，除了網絡傳輸適合用輪詢外，一般其他情況都是用中斷。

中斷分類

中斷是指 CPU 正常運行期間，由于內外部事件或程序預先安排的事件，引起的 CPU 暫時停止正在運行的程序，轉而為該內部或外部預先安排的事件服務的程序中去，服務完畢后再返回去繼續執行被暫時中斷的程序。

常說的中斷其實是第一種，異步中斷。

陷阱就是系統調用，從用戶態陷入到內核態，比如調用 open、write 等系統調用，也算中斷。這兩種很正常，所以會返回到下一條指令。

故障就是遇到了內存缺頁等情況，會返回到當前指令繼續執行，看看內核是否會修復完畢，如果修復不了就掛掉了。終止就是系統直接掛掉了。

中斷子系統硬件架構

一個完整的設備中，與中斷相關的硬件可以劃分為3類，它們分別是：設備、中斷控制器和CPU本身。

設備：設備是發起中斷的源，當設備需要請求某種服務的時候，它會發起一個硬件中斷信號，通常，該信號會連接至中斷控制器，由中斷控制器做進一步的處理。在現代的移動設備中，發起中斷的設備可以位于soc(system-on-chip)芯片的外部，也可以位于芯片的內部，因為目前大多數 soc 都集成了大量的硬件 IP，例如 I2C、SPI、Display Controller 等等，就是內部中斷源。

中斷控制器：中斷控制器負責收集所有中斷源發起的中斷，現有的中斷控制器幾乎都是可編程的，通過對中斷控制器的編程，我們可以控制每個中斷源的優先級、中斷的電氣類型，還可以打開和關閉某一個中斷源，在smp系統中，甚至可以控制某個中斷源發往哪一個 CPU 進行處理。對于 ARM 架構的 soc，使用較多的中斷控制器是VIC(Vector Interrupt Controller)，進入多核時代以后，GIC(General Interrupt Controller)的應用也開始逐漸變多。STM32 單片機的中斷控制器叫 NVIC，ARM架構的中斷控制器一般為GIC，不同架構有不同的中斷控制器。

CPU：最終響應中斷的部件，它通過對可編程中斷控制器的編程操作，控制和管理者系統中的每個中斷，當中斷控制器最終判定一個中斷可以被處理時，他會根據事先的設定，通知其中一個或者是某幾個 cpu 對該中斷進行處理，雖然中斷控制器可以同時通知數個 cpu 對某一個中斷進行處理，實際上，最后只會有一個 cpu 相應這個中斷請求，但具體是哪個 cpu 進行響應是可能是隨機的，中斷控制器在硬件上對這一特性進行了保證，不過這也依賴于操作系統對中斷系統的軟件實現。

為什么需要中斷控制器?

CPU 要做的事情主要是運算。一個 CPU 有很多個中斷可以使用，他們之間也有優先級。由于中斷過多，我們需要中斷進入 CPU 處理之前，先進入中斷控制器，讓中斷控制器來控制中斷的優先級、觸發方式、enable 和 disable等，為CPU減輕負擔，讓CPU專注于運算。

中斷控制器的級聯

根據中斷數量的不同，中斷控制器可以級聯，以此來滿足需求。比如在 GIC 中斷控制器之前都會連接 EINT 中斷控制器，或者其他中斷控制器，對不同的中斷分級管控。

中斷控制器的級聯有兩種類型：

機器級別的級聯，級聯的初始化代碼理所當然地位于板子的初始化代碼中(arch/xxx/mach-xxx)，因為只要是使用這個板子或SOC的設備，必然要使用這個子控制器。

設備級別的級聯，因為該設備并不一定是系統的標配設備，所以中斷控制器的級聯操作應該在該設備的驅動程序中實現。

機器設備的級聯，因為得益于事先已經知道子控制器的硬件連接信息，內核可以方便地為子控制器保留相應的 irq_desc 結構和 irq 編號，處理起來相對簡單。

設備級別的級聯則不一樣，驅動程序必須動態地決定組合設備中各個子設備的 irq 編號和 irq_desc 結構。我只討論機器級別的級聯，設備級別的關聯可以使用同樣的原理。

中斷子系統架構

整個中斷子系統的架構分為 4 層，最底層(第四層)為硬件，包括 CPU、中斷控制器。第三層是 CPU 的驅動和中斷控制器的驅動，由芯片原廠負責。第二層是 Linux 內核提供的通用中斷處理模塊，這一層存在的意義在于，希望用戶在第一層寫的驅動在移植的時候更方便，保持接口不變，不讓用戶直接使用芯片原廠的 API，而是 Linux 的 API。第一層就是驅動工程師日常寫的驅動啦。