.. include:: ../../disclaimer-zh_CN.rst

:Original: Documentation/core-api/irq/irq-domain.rst

:翻译:

 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>

.. _cn_irq-domain.rst:

=======================
irq_domain 中断号映射库
=======================

目前Linux内核的设计使用了一个巨大的数字空间，每个独立的IRQ源都被分配了一个不
同的数字。
当只有一个中断控制器时，这很简单，但在有多个中断控制器的系统中，内核必须确保每
个中断控制器都能得到非重复的Linux IRQ号（数字）分配。

注册为唯一的irqchips的中断控制器编号呈现出上升的趋势：例如GPIO控制器等不同
种类的子驱动程序通过将其中断处理程序建模为irqchips，即实际上是级联中断控制器，
避免了重新实现与IRQ核心系统相同的回调机制。

在这里，中断号与硬件中断号离散了所有种类的对应关系：而在过去，IRQ号可以选择，
使它们与硬件IRQ线进入根中断控制器（即实际向CPU发射中断线的组件）相匹配，现
在这个编号仅仅是一个数字。

出于这个原因，我们需要一种机制将控制器本地中断号（即硬件irq编号）与Linux IRQ
号分开。

irq_alloc_desc*() 和 irq_free_desc*() API 提供了对irq号的分配，但它们不
提供任何对控制器本地IRQ(hwirq)号到Linux IRQ号空间的反向映射的支持。

irq_domain 库在 irq_alloc_desc*() API 的基础上增加了 hwirq 和 IRQ 号码
之间的映射。 相比于中断控制器驱动开放编码自己的反向映射方案，我们更喜欢用
irq_domain来管理映射。

irq_domain还实现了从抽象的irq_fwspec结构体到hwirq号的转换（到目前为止是
Device Tree和ACPI GSI），并且可以很容易地扩展以支持其它IRQ拓扑数据源。

irq_domain的用法
================

中断控制器驱动程序通过以下方式创建并注册一个irq_domain。调用
irq_domain_add_*() 或 irq_domain_create_*()函数之一（每个映射方法都有不
同的分配器函数，后面会详细介绍）。 函数成功后会返回一个指向irq_domain的指针。
调用者必须向分配器函数提供一个irq_domain_ops结构体。

在大多数情况下，irq_domain在开始时是空的，没有任何hwirq和IRQ号之间的映射。
通过调用irq_create_mapping()将映射添加到irq_domain中，该函数接受
irq_domain和一个hwirq号作为参数。 如果hwirq的映射还不存在，那么它将分配
一个新的Linux irq_desc，将其与hwirq关联起来，并调用.map()回调，这样驱动
程序就可以执行任何必要的硬件设置。

当接收到一个中断时，应该使用irq_find_mapping()函数从hwirq号中找到
Linux IRQ号。

在调用irq_find_mapping()之前，至少要调用一次irq_create_mapping()函数，
以免描述符不能被分配。

如果驱动程序有Linux的IRQ号或irq_data指针，并且需要知道相关的hwirq号（比
如在irq_chip回调中），那么可以直接从irq_data->hwirq中获得。

irq_domain映射的类型
====================

从hwirq到Linux irq的反向映射有几种机制，每种机制使用不同的分配函数。应该
使用哪种反向映射类型取决于用例。 下面介绍每一种反向映射类型：

线性映射
--------

::

	irq_domain_add_linear()
	irq_domain_create_linear()

线性反向映射维护了一个固定大小的表，该表以hwirq号为索引。 当一个hwirq被映射
时，会给hwirq分配一个irq_desc，并将irq号存储在表中。

当最大的hwirq号固定且数量相对较少时，线性图是一个很好的选择（~<256）。 这种
映射的优点是固定时间查找IRQ号，而且irq_descs只分配给在用的IRQ。 缺点是该表
必须尽可能大的hwirq号。

irq_domain_add_linear()和irq_domain_create_linear()在功能上是等价的，
除了第一个参数不同--前者接受一个Open Firmware特定的 'struct device_node' 而
后者接受一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

大多数驱动应该使用线性映射

树状映射
--------

::

	irq_domain_add_tree()
	irq_domain_create_tree()

irq_domain维护着从hwirq号到Linux IRQ的radix的树状映射。 当一个hwirq被映射时，
一个irq_desc被分配，hwirq被用作radix树的查找键。

如果hwirq号可以非常大，树状映射是一个很好的选择，因为它不需要分配一个和最大hwirq
号一样大的表。 缺点是，hwirq到IRQ号的查找取决于表中有多少条目。

irq_domain_add_tree()和irq_domain_create_tree()在功能上是等价的，除了第一
个参数不同——前者接受一个Open Firmware特定的 'struct device_node' ，而后者接受
一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

很少有驱动应该需要这个映射。

无映射
------

::

	irq_domain_add_nomap()

当硬件中的hwirq号是可编程的时候，就可以采用无映射类型。 在这种情况下，最好将
Linux IRQ号编入硬件本身，这样就不需要映射了。 调用irq_create_direct_mapping()
会分配一个Linux IRQ号，并调用.map()回调，这样驱动就可以将Linux IRQ号编入硬件中。

大多数驱动程序不能使用这个映射。

传统映射类型
------------

::

	irq_domain_add_simple()
	irq_domain_add_legacy()
	irq_domain_add_legacy_isa()
	irq_domain_create_simple()
	irq_domain_create_legacy()

传统映射是已经为 hwirqs 分配了一系列 irq_descs 的驱动程序的特殊情况。 当驱动程
序不能立即转换为使用线性映射时，就会使用它。 例如，许多嵌入式系统板卡支持文件使用
一组用于IRQ号的定义（#define），这些定义被传递给struct设备注册。 在这种情况下，
不能动态分配Linux IRQ号，应该使用传统映射。

传统映射假设已经为控制器分配了一个连续的IRQ号范围，并且可以通过向hwirq号添加一
个固定的偏移来计算IRQ号，反之亦然。 缺点是需要中断控制器管理IRQ分配，并且需要为每
个hwirq分配一个irq_desc，即使它没有被使用。

只有在必须支持固定的IRQ映射时，才应使用传统映射。 例如，ISA控制器将使用传统映射来
映射Linux IRQ 0-15，这样现有的ISA驱动程序就能得到正确的IRQ号。

大多数使用传统映射的用户应该使用irq_domain_add_simple()或
irq_domain_create_simple()，只有在系统提供IRQ范围时才会使用传统域，否则将使用
线性域映射。这个调用的语义是这样的：如果指定了一个IRQ范围，那么 描述符将被即时分配
给它，如果没有范围被分配，它将不会执行 irq_domain_add_linear() 或
irq_domain_create_linear()，这意味着 *no* irq 描述符将被分配。

一个简单域的典型用例是，irqchip供应商同时支持动态和静态IRQ分配。

为了避免最终出现使用线性域而没有描述符被分配的情况，确保使用简单域的驱动程序在任何
irq_find_mapping()之前调用irq_create_mapping()是非常重要的，因为后者实际上
将用于静态IRQ分配情况。

irq_domain_add_simple()和irq_domain_create_simple()以及
irq_domain_add_legacy()和irq_domain_create_legacy()在功能上是等价的，只
是第一个参数不同--前者接受Open Firmware特定的 'struct device_node' ，而后者
接受一个更通用的抽象 'struct fwnode_handle' 。

IRQ域层级结构
-------------

在某些架构上，可能有多个中断控制器参与将一个中断从设备传送到目标CPU。
让我们来看看x86平台上典型的中断传递路径吧
::

  Device --> IOAPIC -> Interrupt remapping Controller -> Local APIC -> CPU

涉及到的中断控制器有三个:

1) IOAPIC 控制器
2) 中断重映射控制器
3) Local APIC 控制器

为了支持这样的硬件拓扑结构，使软件架构与硬件架构相匹配，为每个中断控制器建立一
个irq_domain数据结构，并将这些irq_domain组织成层次结构。

在建立irq_domain层次结构时，靠近设备的irq_domain为子域，靠近CPU的
irq_domain为父域。所以在上面的例子中，将建立如下的层次结构。
::

	CPU Vector irq_domain (root irq_domain to manage CPU vectors)
		^
		|
	Interrupt Remapping irq_domain (manage irq_remapping entries)
		^
		|
	IOAPIC irq_domain (manage IOAPIC delivery entries/pins)

使用irq_domain层次结构的主要接口有四个:

1) irq_domain_alloc_irqs(): 分配IRQ描述符和与中断控制器相关的资源来传递这些中断。
2) irq_domain_free_irqs(): 释放IRQ描述符和与这些中断相关的中断控制器资源。
3) irq_domain_activate_irq(): 激活中断控制器硬件以传递中断。
4) irq_domain_deactivate_irq(): 停用中断控制器硬件，停止传递中断。

为了支持irq_domain层次结构，需要做如下修改:

1) 一个新的字段 'parent' 被添加到irq_domain结构中；它用于维护irq_domain的层次信息。
2) 一个新的字段 'parent_data' 被添加到irq_data结构中；它用于建立层次结构irq_data以
   匹配irq_domain层次结构。irq_data用于存储irq_domain指针和硬件irq号。
3) 新的回调被添加到irq_domain_ops结构中，以支持层次结构的irq_domain操作。

在支持分层irq_domain和分层irq_data准备就绪后，为每个中断控制器建立一个irq_domain结
构，并为每个与IRQ相关联的irq_domain分配一个irq_data结构。现在我们可以再进一步支持堆
栈式(层次结构)的irq_chip。也就是说，一个irq_chip与层次结构中的每个irq_data相关联。
一个子irq_chip可以自己或通过与它的父irq_chip合作来实现一个所需的操作。

通过堆栈式的irq_chip，中断控制器驱动只需要处理自己管理的硬件，在需要的时候可以向其父
irq_chip请求服务。所以我们可以实现更简洁的软件架构。

为了让中断控制器驱动程序支持irq_domain层次结构，它需要做到以下几点:

1) 实现 irq_domain_ops.alloc 和 irq_domain_ops.free
2) 可选择地实现 irq_domain_ops.activate 和 irq_domain_ops.deactivate.
3) 可选择地实现一个irq_chip来管理中断控制器硬件。
4) 不需要实现irq_domain_ops.map和irq_domain_ops.unmap，它们在层次结构
   irq_domain中是不用的。

irq_domain层次结构绝不是x86特有的，大量用于支持其他架构，如ARM、ARM64等。

调试功能
========

打开CONFIG_GENERIC_IRQ_DEBUGFS，可让IRQ子系统的大部分内部结构都在debugfs中暴露出来。
