4. 中断号映射原理：硬件中断号与软件中断号的映射关系

中断号映射是中断子系统中最核心的抽象层之一。它解决了硬件平台相关的中断标识与Linux内核通用中断处理框架之间的解耦问题。理解这一映射关系，是掌握中断控制器驱动编写和中断调试的基础。

4.1 为什么需要映射？

硬件中断号（IRQ number）由具体的中断控制器（如GIC、IOAPIC、NVIC）定义，通常是一个物理管脚或中断线的编号。而Linux内核使用一个全局的、线性的软件中断描述符表（irq_desc[]）来管理所有中断。两者之间存在以下差异：

• 硬件中断号不连续：硬件设计可能跳过某些编号，或存在多个中断控制器地址空间重叠。
• 硬件中断号不唯一：不同中断控制器可能使用相同的硬件中断号，但属于不同的中断源。
• 软件中断号需要连续：内核的irq_desc数组使用连续的索引（0 ~ NR_IRQS-1）进行快速查找。

因此，需要一个映射层将硬件中断号转换为内核使用的软件中断号（即irq_desc数组的索引）。

4.2 映射数据结构：irq_domain

Linux内核使用struct irq_domain来描述和管理中断号映射关系。每个中断控制器实例对应一个irq_domain对象。

4.3 三种映射方式

irq_domain支持三种映射策略，以适应不同的硬件拓扑：

4.4 映射流程：从硬件中断号到软件中断号

当设备驱动调用request_irq(irq, handler, flags, name, dev)时，传入的irq参数已经是软件中断号。映射过程发生在更早的阶段——中断控制器驱动初始化时。

典型流程如下：

1. 注册irq_domain：中断控制器驱动调用irq_domain_add_linear()等函数创建domain。
2. 解析设备树：驱动从设备树节点读取interrupts属性，获取硬件中断号。
3. 调用map回调：通过irq_create_mapping()或irq_of_parse_and_map()触发映射。
4. 分配软件中断号：domain的ops->map()回调被调用，分配一个空闲的软件中断号。
5. 建立映射条目：将硬件中断号与软件中断号的对应关系存入domain的映射表（linear_revmap或radix tree）。
6. 返回软件中断号：驱动获得软件中断号，后续所有操作（如request_irq、enable_irq）都使用此编号。

// 从硬件中断号创建映射，返回软件中断号
unsigned int irq_create_mapping(struct irq_domain *domain,
                                irq_hw_number_t hwirq);

// 从设备树节点解析并创建映射（常用）
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev,
                                  int index);

// 反向查找：从软件中断号获取硬件中断号
irq_hw_number_t irq_find_mapping(struct irq_domain *domain,
                                 unsigned int virq);

4.5 映射关系示意图

下图展示了从硬件中断线到软件中断描述符的完整映射路径：

4.6 反向查找：中断响应时的映射使用

当中断实际发生时，硬件中断控制器上报的是硬件中断号。内核需要快速找到对应的软件中断描述符。这个过程称为反向查找：

// 中断控制器驱动中的典型处理路径
irqreturn_t gic_handle_irq(struct pt_regs *regs) {
    u32 hwirq = readl_relaxed(gic_base + GIC_INT_ACK);  // 读取硬件中断号
    struct irq_domain *domain = gic_data.domain;
    
    // 反向查找：hwirq → virq
    unsigned int virq = irq_find_mapping(domain, hwirq);
    
    // 调用通用中断处理
    generic_handle_irq(virq);
}

4.7 设备树中的中断号映射

在设备树中，中断号的映射通过interrupts属性和interrupt-parent属性共同描述：

// 设备树示例：UART设备连接到GIC中断控制器
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "arm,pl011";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;          // 指定中断控制器
    interrupts = <0 37 4>;              // GIC SPI #37, 高电平触发
};

gic: interrupt-controller@2c001000 {
    compatible = "arm,cortex-a15-gic";
    reg = <0x2c001000 0x1000>,
          <0x2c002000 0x2000>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <3>;             // 每个中断用3个cell描述
};

设备树中的interrupts = <0 37 4>经过irq_of_parse_and_map()解析后，最终映射为软件中断号。其中：

• 第一个cell (0)：中断类型，0=SPI（共享外设中断），1=PPI（私有外设中断）
• 第二个cell (37)：硬件中断号（相对于中断控制器）
• 第三个cell (4)：触发方式（4=高电平触发）

4.8 映射关系总结