1. 中断基础概念：什么是中断、中断向量表、中断控制器(GIC)介绍

大家好，我是老李。做嵌入式Linux开发这么多年，我敢说中断处理是绕不过去的坎。很多刚入行的朋友觉得中断很神秘，其实说白了，它就是CPU处理突发事件的一种机制。今天咱们就从最基础的概念开始，把中断这层窗户纸捅破。

1.1 什么是中断？

想象一下，你正在专心写代码，突然有人拍你肩膀说“快递到了”。你会怎么做？先停下手头的工作，去拿快递，然后回来继续写代码。中断就是这个道理——CPU正在执行主程序，突然收到一个信号，就暂停当前任务，去处理这个信号，处理完再回来接着干。

中断的核心价值在于：它让CPU不用一直轮询等待某个事件发生。我早期做单片机项目时，就吃过轮询的亏——CPU一直在那里傻等按键按下，啥正事都干不了。后来换成中断方式，CPU该干嘛干嘛，按键按下时自动跳过去处理，效率提升了一大截。

中断分两种：

• 硬件中断：由外部设备触发，比如网卡收到数据包、按键按下、定时器溢出。这是咱们做驱动开发打交道最多的。
• 软件中断：由CPU执行指令触发，比如系统调用（ARM的SVC指令）、异常（缺页、除零）。Linux内核的system_call就是靠软中断实现的。

嗯，这里要注意一个容易混淆的概念：异常（Exception）。很多人把异常和中断混为一谈。我的理解是：中断是“外部事件”，异常是“内部错误”。比如你写了个野指针访问，触发了缺页异常，这可不是外设干的，是CPU自己发现不对劲了。

1.2 中断向量表

中断来了，CPU怎么知道该跳到哪里去处理？这就得靠中断向量表了。

中断向量表，说白了就是一个地址表。每个中断源都有一个对应的表项，里面存放着该中断的处理函数地址。CPU收到中断后，根据中断号去查这个表，找到对应的handler，直接跳过去执行。

我当年在ARM9平台上做Bootloader时，就亲手写过中断向量表。ARM的向量表固定在0x00000000地址，前8个表项分别是：

在Linux内核里，中断向量表的管理更复杂。x86架构下，内核用idt_table来管理；ARM架构下，内核启动时会设置VBAR（Vector Base Address Register）指向自己的向量表。我记得有一次调试一个中断没响应的问题，查了半天发现是VBAR被Bootloader改写了，内核启动后没重新设置——这种坑，踩过一次就记住了。

1.3 中断控制器（GIC）介绍

现代SoC里外设太多了，几十上百个中断源，CPU不可能每个都直接管。这时候就需要一个中断控制器来统一管理。ARM架构下，这个角色就是GIC（Generic Interrupt Controller）。

GIC从v1发展到v3/v4，咱们做嵌入式Linux，最常见的是GICv2和GICv3。GICv2在Cortex-A7/A9上很普遍，GICv3在Cortex-A53/A72等64位处理器上开始普及。

GIC的核心架构分为两大部分：

• Distributor（分发器）：负责中断的使能、优先级配置、中断类型设置。它接收所有外设的中断信号，然后决定发给哪个CPU。
• CPU Interface（CPU接口）：每个CPU核都有一个，负责和CPU交互。它从Distributor拿到中断，然后通知CPU去处理。

GIC支持三种中断类型：

你想想看，为什么要有SPI和PPI的区分？我在项目中遇到过这样一个场景：双核处理器，网卡中断来了，两个CPU都能处理，但最好让其中一个专门处理，避免争抢。SPI就可以配置成只发给CPU0。而每个CPU的本地定时器，那是私有的，用PPI最合适。

GIC的中断处理流程大致是这样的：

1. 外设拉高中断请求线
2. Distributor检测到中断，根据优先级和路由配置，决定发给哪个CPU
3. CPU Interface收到中断，向CPU发送IRQ信号
4. CPU保存现场，跳转到中断向量表执行handler
5. handler处理完，写EOI（End of Interrupt）寄存器通知GIC
6. GIC清除该中断状态，继续等待下一个中断

下面这张图是我自己画的GIC工作流程，你看一眼就明白了：

1.4 Linux中的中断号映射

搞清楚了GIC的硬件中断号（HW IRQ），还得理解Linux内核里的软件中断号（IRQ number）。这两者不是一回事。

GIC给每个中断分配了一个硬件ID，比如SPI中断从32开始。但Linux内核为了统一管理，会把这个硬件ID映射到一个软件IRQ号上。这个映射关系由irq_domain来管理。

举个例子：GICv2上，SPI中断的硬件ID是32，Linux内核可能把它映射成IRQ号16。你在驱动里request_irq(16, handler, ...)，实际上注册的是GIC的32号中断。

查看映射关系的方法：

# cat /proc/interrupts
           CPU0       CPU1
 16:     12345      67890     GICv2  32  eth0
 17:        10          5     GICv2  33  uart0

第一列是Linux IRQ号，最后一列是硬件中断源。中间那个数字（32、33）就是GIC的硬件中断ID。