2. 中断控制器：GIC（通用中断控制器）架构介绍、中断类型（SPI、PPI、SGI）、中断号与中断线

在 ARM 多核处理器系统中，GIC（Generic Interrupt Controller，通用中断控制器） 是中断管理的核心硬件单元。它负责接收来自外设、处理器核间通信以及软件触发的中断请求，经过优先级仲裁、分发和路由，最终将中断信号送达指定的 CPU 核心。理解 GIC 的架构是编写正确中断处理驱动的基石。

2.1 GIC 架构概览

GIC 从逻辑上分为两个主要模块：分发器（Distributor） 和 CPU 接口（CPU Interface）。在 GICv2 及后续版本中，还引入了 软件生成的中断（SGI） 和 虚拟化支持。下图展示了 GIC 在系统级芯片（SoC）中的典型位置与内部结构。

2.2 中断类型：SPI、PPI、SGI

GIC 将中断源划分为三种类型，每种类型在路由方式、触发条件和用途上存在显著差异。驱动开发者在申请中断号时，必须明确中断的类型。

中断类型	全称	中断号范围 (GICv2)	目标 CPU	典型用途
SGI	Software Generated Interrupt	ID0 - ID15 (16 个)	指定一个或多个 CPU	核间通信 (IPI)、CPU 唤醒
PPI	Private Peripheral Interrupt	ID16 - ID31 (16 个)	仅绑定到单个 CPU	本地定时器、性能监视单元 (PMU)
SPI	Shared Peripheral Interrupt	ID32 - ID1019 (988 个)	可路由到任意 CPU	外部设备中断（UART、I2C、DMA 等）

2.2.1 SGI（软件生成中断）

SGI 由软件通过向 GIC 的 GICD_SGIR 寄存器写入特定值来触发。它不依赖外部硬件信号，常用于多核处理器之间的 核间中断（IPI）。Linux 内核中，smp_call_function() 和 TLB 刷新等操作均依赖 SGI。

2.2.2 PPI（私有外设中断）

PPI 是每个 CPU 核心私有的中断源，每个核心拥有独立的一份。例如，每个 CPU 的 本地定时器（Local Timer） 中断就是 PPI。PPI 不需要分发器进行路由，直接连接到对应的 CPU 接口，因此延迟更低。

2.2.3 SPI（共享外设中断）

SPI 是 SoC 上大部分外设使用的中断类型。多个 CPU 核心可以共享同一个 SPI 中断源，分发器负责将 SPI 中断路由到预先配置好的目标 CPU 列表。驱动开发中最常打交道的便是 SPI 中断。

2.3 中断号与中断线

在 GIC 语境下，中断号（Interrupt ID） 和 中断线（Interrupt Line） 是两个容易混淆但必须区分的概念。

• 中断号（HW IRQ Number）： 硬件中断源在 GIC 分发器中的唯一标识符。对于 SPI，中断号范围是 32~1019；对于 PPI，是 16~31；对于 SGI，是 0~15。驱动中通过 platform_get_irq() 或 irq_of_parse_and_map() 获取的原始值就是硬件中断号。
• 中断线（Linux IRQ Number）： Linux 内核维护的虚拟中断号，是软件层面的抽象。内核通过 irq_domain 将硬件中断号映射到 Linux IRQ 号。驱动注册中断时使用的 request_irq(irq, handler, ...) 中的 irq 参数就是 Linux IRQ 号。

2.3.1 中断映射流程

从硬件中断号到 Linux IRQ 号的映射由 irq_domain 完成。对于 GIC，映射过程如下：

1. 内核解析设备树，获取外设节点的 interrupts 属性。
2. 调用 irq_domain_alloc_irqs() 或 irq_create_mapping()，在 irq_domain 中为硬件中断号分配一个 Linux IRQ 号。
3. 驱动通过 platform_get_irq() 获取映射后的 Linux IRQ 号。
4. 驱动使用该 Linux IRQ 号调用 request_irq() 注册中断处理函数。

irq_domain：维护硬件中断号 → Linux IRQ 号的映射关系。 • irq_desc：每个 Linux IRQ 号对应一个 irq_desc 结构体，包含中断处理函数链表、状态、芯片操作等。

2.4 中断触发方式与配置

GIC 支持多种中断触发方式，在设备树中通过 interrupts 属性的第三个字段指定。常见的触发方式如下：

触发方式	宏定义	说明
上升沿触发	IRQ_TYPE_EDGE_RISING	在信号从低到高跳变时触发一次
下降沿触发	IRQ_TYPE_EDGE_FALLING	在信号从高到低跳变时触发一次
双边沿触发	IRQ_TYPE_EDGE_BOTH	在上升沿和下降沿均触发
高电平触发	IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH	在信号为高电平时持续触发
低电平触发	IRQ_TYPE_LEVEL_LOW	在信号为低电平时持续触发

2.5 实战：查看中断映射

在嵌入式 Linux 系统中，可以通过 /proc/interrupts 文件查看当前系统中所有中断的映射关系和统计信息。以下是一个典型的输出片段：

           CPU0       CPU1       CPU2       CPU3
 16:          0          0          0          0     GIC-0  29  arch_timer
 17:       9876       5432       1234       5678     GIC-0  30  arch_timer
 42:        123          0          0          0     GIC-0  42  serial
 43:          0         45          0          0     GIC-0  43  mmc0

字段说明：

• 第一列（16、17、42、43）： Linux IRQ 号。
• CPU0~CPU3 列： 该中断在各 CPU 上触发的次数。
• GIC-0： 中断控制器名称，29、30、42、43 是硬件中断号。
• 最后一列： 中断对应的设备名称。