Linux generic IRQ handling

문서 정보

`.. include:: <isonum.txt>`

Linux generic IRQ handling

Copyright © 2005-2010 Thomas Gleixner

Copyright © 2005-2006 Ingo Molnar

Generic IRQ 계층의 목적

Introduction

generic interrupt handling layer는 device driver를 위해 interrupt handling을 완전히 추상화하도록 설계되었습니다. 서로 다른 모든 interrupt controller hardware 유형을 처리할 수 있습니다.

device driver는 generic API function으로 interrupt를 request, enable, disable 및 free합니다. driver는 interrupt hardware 세부 사항을 알 필요가 없으므로 코드를 바꾸지 않고 여러 platform에서 사용할 수 있습니다.

이 문서는 generic IRQ handling layer를 이용해 자신의 아키텍처용 interrupt subsystem을 구현하려는 개발자를 위한 것입니다.

IRQ flow와 chip details의 분리

Rationale

Linux의 초기 interrupt handling 구현은 모든 종류의 interrupt logic을 처리하는 `__do_IRQ()` super-handler를 사용했습니다.

Russell King은 Linux 2.5/2.6의 ARM interrupt handler 구현에 범용적인 handler 집합을 만들면서 여러 유형을 구분했습니다. 구현 과정과 SMP 환경에서 확인된 유형까지 합치면 다음과 같습니다.

• Level type
• Edge type
• Simple type
• Fast EOI type
• Per CPU type

high-level IRQ handler를 유형별로 나누면 각 interrupt type에 맞게 처리 흐름을 최적화할 수 있습니다. 특정 code path의 복잡성이 줄고 해당 유형에 최적화된 처리가 가능해집니다.

초기 generic IRQ 구현은 `hw_interrupt_type` structure의 `->ack`, `->end` 등의 callback으로 super-handler 내부 flow control을 구분했습니다. 이 방식은 flow logic과 low-level hardware logic을 섞고 불필요한 code duplication을 만들었습니다. 예를 들어 i386의 `ioapic_level_irq`와 `ioapic_edge_irq`는 low-level detail을 많이 공유하지만 flow handling은 다릅니다.

더 자연스러운 추상화는 `irq flow`와 `chip details`를 명확히 분리하는 것입니다. 대부분의 아키텍처는 generic `irq flow` method를 사용하고 chip-level specific code만 추가할 수 있습니다. IRQ flow 자체에만 quirk가 필요한 (sub)architecture에도 이 구분이 유용합니다.

각 interrupt descriptor에는 대개 generic implementation 중 하나인 high-level flow handler를 지정합니다. 이 구조는 여러 embedded platform에서 필요한 demultiplexing handler도 쉽게 구현하게 합니다.

분리된 계층은 generic interrupt handling layer를 더 유연하고 확장 가능하게 합니다. 예를 들어 level type에는 generic IRQ-flow를 쓰고 edge type만 (sub)architecture 전용 구현을 사용할 수 있습니다.

기존 구현을 깨뜨리지 않고 새 모델로 전환하기 위해 당시에는 `__do_IRQ()` super-handler도 남겨 두었습니다. 그러나 새 모델은 더 작고 깔끔한 IRQ subsystem을 가능하게 하므로 점차 더 많은 아키텍처가 사용해야 하며, 이 문서의 설명 시점에는 기존 방식이 제거될 예정이었습니다.

알려진 문제와 가정

Known Bugs And Assumptions

없습니다. 잘 유지되기를 바랍니다.

추상화 계층과 제어 흐름

Abstraction layers

interrupt code에는 세 가지 주요 추상화 수준이 있습니다.

• High-level driver API
• High-level IRQ flow handlers
• Chip-level hardware encapsulation

Interrupt control flow

각 interrupt는 `irq_desc` interrupt descriptor structure로 기술됩니다. interrupt는 descriptor structure array에서 대응하는 설명을 선택하는 `unsigned int` 숫자로 참조합니다. descriptor에는 status information과 이 interrupt에 지정된 interrupt flow method 및 interrupt chip structure pointer가 들어 있습니다.

interrupt가 발생하면 low-level architecture code가 `desc->handle_irq()`를 호출해 generic interrupt code로 진입합니다. 이 high-level IRQ handling function은 지정된 chip descriptor가 참조하는 `desc->irq_data.chip` primitive만 사용합니다.

High-level Driver API

High-level Driver API는 다음 함수로 구성됩니다.

• `request_irq()`
• `request_threaded_irq()`
• `free_irq()`
• `disable_irq()`
• `enable_irq()`
• `disable_irq_nosync()` (SMP only)
• `synchronize_irq()` (SMP only)
• `irq_set_irq_type()`
• `irq_set_irq_wake()`
• `irq_set_handler_data()`
• `irq_set_chip()`
• `irq_set_chip_data()`

자세한 내용은 자동 생성된 function documentation을 참조하십시오.

미리 정의된 IRQ flow handler

High-level IRQ flow handlers

generic layer는 다음과 같은 미리 정의된 irq-flow method를 제공합니다.

• `handle_level_irq()`
• `handle_edge_irq()`
• `handle_fasteoi_irq()`
• `handle_simple_irq()`
• `handle_percpu_irq()`
• `handle_edge_eoi_irq()`
• `handle_bad_irq()`

미리 정의되었거나 architecture-specific한 interrupt flow handler는 bootup 또는 device initialization 중에 아키텍처가 특정 interrupt에 지정합니다.

Default flow helper 함수

Default flow implementations / Helper functions

helper function은 chip primitive를 호출하며 default flow implementation에서 사용됩니다. 다음은 단순화한 구현 일부입니다.

default_enable(struct irq_data *data)
{
    desc->irq_data.chip->irq_unmask(data);
}

default_disable(struct irq_data *data)
{
    if (!delay_disable(data))
        desc->irq_data.chip->irq_mask(data);
}

default_ack(struct irq_data *data)
{
    chip->irq_ack(data);
}

default_mask_ack(struct irq_data *data)
{
    if (chip->irq_mask_ack) {
        chip->irq_mask_ack(data);
    } else {
        chip->irq_mask(data);
        chip->irq_ack(data);
    }
}

noop(struct irq_data *data)
{
}

Default Level IRQ flow

Default flow handler implementations / Default Level IRQ flow handler

`handle_level_irq`는 level-triggered interrupt의 generic implementation을 제공합니다. 제어 흐름은 단순화하면 다음과 같습니다.

desc->irq_data.chip->irq_mask_ack();
handle_irq_event(desc->action);
desc->irq_data.chip->irq_unmask();

Default Fast EOI IRQ flow

Default Fast EOI IRQ flow handler

`handle_fasteoi_irq`는 handler가 끝날 때 EOI만 필요한 interrupt의 generic implementation을 제공합니다.

handle_irq_event(desc->action);
desc->irq_data.chip->irq_eoi();

Default Edge IRQ flow

Default Edge IRQ flow handler

`handle_edge_irq`는 edge-triggered interrupt의 generic implementation을 제공합니다. running 중 다시 발생한 edge는 pending으로 기록하고, pending이 없어질 때까지 event를 처리합니다.

if (desc->status & running) {
    desc->irq_data.chip->irq_mask_ack();
    desc->status |= pending | masked;
    return;
}
desc->irq_data.chip->irq_ack();
desc->status |= running;
do {
    if (desc->status & masked)
        desc->irq_data.chip->irq_unmask();
    desc->status &= ~pending;
    handle_irq_event(desc->action);
} while (desc->status & pending);
desc->status &= ~running;

Simple 및 per-CPU IRQ flow

Default simple IRQ flow handler

`handle_simple_irq`는 simple interrupt의 generic implementation을 제공합니다.

handle_irq_event(desc->action);

Default per CPU flow handler

`handle_percpu_irq`는 per CPU interrupt의 generic implementation을 제공합니다. per CPU interrupt는 SMP에서만 사용할 수 있으며, handler는 locking이 없는 단순화된 형태입니다.

if (desc->irq_data.chip->irq_ack)
    desc->irq_data.chip->irq_ack();
handle_irq_event(desc->action);
if (desc->irq_data.chip->irq_eoi)
    desc->irq_data.chip->irq_eoi();

Edge EOI, bad IRQ와 delayed disable

EOI Edge IRQ flow handler

`handle_edge_eoi_irq`는 powerpc/cell의 심하게 손상된 irq controller를 다루기 위해서만 사용하는 edge handler의 특수 변형입니다.

Bad IRQ flow handler

`handle_bad_irq`는 실제 handler가 지정되지 않은 spurious interrupt에 사용합니다.

Quirks and optimizations

generic function은 platform-specific IRQ handling quirk가 없는 clean architecture와 chip을 대상으로 합니다. flow level quirk가 필요하면 high-level irq-flow handler를 override할 수 있습니다.

Delayed interrupt disable

Russell King이 ARM interrupt 구현에 도입한 이 per-interrupt 선택 기능은 `disable_irq()` 호출 시 hardware level에서 즉시 interrupt를 mask하지 않습니다. interrupt를 활성 상태로 두고 event가 발생했을 때 flow handler에서 mask합니다.

이 방식은 hardware level에서 interrupt가 비활성화된 동안 edge event를 저장하지 못하는 hardware에서 edge interrupt 손실을 막습니다. `IRQ_DISABLED` flag가 설정된 상태로 interrupt가 도착하면 hardware에서 mask하고 `IRQ_PENDING` bit를 설정합니다.

`enable_irq()`로 다시 활성화할 때 pending bit를 확인하고 설정되어 있으면 hardware 또는 software resend mechanism으로 interrupt를 다시 보냅니다. hardware가 retrigger를 지원하지 않으면 `CONFIG_HARDIRQS_SW_RESEND`가 필요합니다. delayed interrupt disable 자체는 구성할 수 없습니다.

Chip-level hardware encapsulation

Chip-level hardware encapsulation

chip-level hardware descriptor인 `irq_chip` structure에는 irq flow implementation이 사용할 수 있는 chip 직접 관련 function이 모두 들어 있습니다.

• `irq_ack`
• `irq_mask_ack` (optional, performance를 위해 권장)
• `irq_mask`
• `irq_unmask`
• `irq_eoi` (optional, EOI flow handler에는 필수)
• `irq_retrigger` (optional)
• `irq_set_type` (optional)
• `irq_set_wake` (optional)

이 primitive는 이름 그대로의 의미만 갖습니다. ack는 ACK, masking은 IRQ line masking을 뜻합니다. 이 low-level 기본 단위를 어떻게 조합할지는 flow handler가 결정합니다.

__do_IRQ 제거와 SMP locking

__do_IRQ entry point

초기 구현의 `__do_IRQ()`는 모든 interrupt type을 위한 대체 entry point였지만 더 이상 존재하지 않습니다. 모든 interrupt hardware에 적합하지 않아 edge, level, simple, percpu interrupt별 기능으로 분리해 다시 구현했습니다. 이는 기능 최적화일 뿐 아니라 interrupt code path도 줄입니다.

Locking on SMP

chip register locking은 chip primitive를 정의하는 아키텍처가 담당합니다. per-irq structure는 generic layer가 `desc->lock`으로 보호합니다.

Generic interrupt chip

Generic interrupt chip

동일한 IRQ chip 구현이 복제되는 것을 막기 위해 core는 구성 가능한 generic interrupt chip implementation을 제공합니다. 개발자는 같은 기능을 조금 다르게 직접 구현하기 전에 generic chip이 요구 사항에 맞는지 신중히 확인해야 합니다.

.. kernel-doc:: kernel/irq/generic-chip.c
   :export:

Generic IRQ 구조체

Structures

이 절은 generic IRQ layer에서 사용하는 structure의 자동 생성 문서를 포함합니다.

.. kernel-doc:: include/linux/irq.h
   :internal:

.. kernel-doc:: include/linux/interrupt.h
   :internal:

공개 함수 참조

Public Functions Provided

이 절은 export된 kernel API function의 자동 생성 문서를 포함합니다.

.. kernel-doc:: kernel/irq/manage.c

.. kernel-doc:: kernel/irq/chip.c
   :export:

내부 함수 참조

Internal Functions Provided

이 절은 internal function의 자동 생성 문서를 포함합니다.

.. kernel-doc:: kernel/irq/irqdesc.c

.. kernel-doc:: kernel/irq/handle.c

.. kernel-doc:: kernel/irq/chip.c
   :internal:

기여자

Credits

다음 사람들이 이 문서에 기여했습니다.

• Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
• Ingo Molnar <mingo@elte.hu>