Linux DTS中和中断相关属性的解释和用法

• 前言
• 中断控制器的硬件结构(基于Exynos4412 ARMv7)
• GIC
• Interrupt Combiner
• DTS对中断的描述
• DTS中断实例解析

前言

Linux Device Tree中定义了很多和中断相关的属性，这些属性之间的关系错综复杂。为剖析这些关系，特地查阅文档后输出本文。本文基于ARM平台，主要说明如下几个属性：

1. interrupt-controller
2. interrupt-parent
3. interrupt-cells
4. interrupts
5. interrupt domain和interrupt specifier
6. interrupt-map

其中第5点属于中断相关文章中经常会提到的概念，并不是Device Tree中定义的属性。但理解它们也非常有必要，所以在这里一并解释下。

中断控制器的硬件结构(基于Exynos4412 ARMv7)

查看Exynos4412芯片手册中断相关章节可以确认Exynos4412有两个中断控制器，一个是常见的GIC（PL390)，另外一个是Interrupt Combiner。具体连接关系如下所示：

可以看到这里的PL390后面又级联了一个名叫Interrupt Combiner的中断控制器。所以这颗SOC有两个interrupt controller，分别是GIC和Interrupt Combiner。下面分别看下这两个控制器的硬件细节。

GIC

先看下GIC的硬件细节，如下图所示：

可以看到GIC的外设中断（除去SGI）类型有两类：

1. SPI，共享外设中断(由GIC内部的distributor来分发到相关CPU)，中断号：32~1019
2. PPI，私有外设中断(指定CPU接收)，中断号：16~31

外设中断号的分配规则如下：

1. 32~1019给SPI
2. 16~31给PPI

所有外设中断都支持四种触发方式:

1. 上升沿触发
2. 下降沿触发
3. 高电平触发
4. 低电平触发

所以总结，exynos4412的GIC中断控制器(interrupt controller)通过中断类型、中断号、中断触发方式这三个要素可以描述一个唯一指定的中断。这种能够描述出系统中唯一中断的要素组合称为interrupt specifier

所以DTS中接在GIC的device node的interrupts属性也是用这三个要素来描述一个具体的中断。
格式如：interrupts = <interrupt type interrupt number trigger type>

Interrupt Combiner

除了GIC这个controller外Exynos4412还有一个Combiner的interrupt controller。Combiner的硬件细节如下所示：

可以看到，连接到combiner控制器上的多个中断源会共享一个中断号，且这些中断都属于SPI类型。所以描述一个combiner的中断应该要包含两个要素。
interrupts = <group number interrupt number within group>

DTS对中断的描述

DTS中采用中断树来描述中断的连接信息以及级联情况等。但中断树和设备树的结构不一样，中断树是一个"倒树"。设备树都是从root到leaf的顺序来描述的，比如DTS都有一个root node，cpus、mem等都是它的子节点，而cpus或者mem节点下又分cpu@0、cpu@1等子节点。但中断树不一样，中断产生设备中会嵌入一个interrupt-parent属性，这个interrupt-parent会被赋值一个phandle变量，通过phandle指明这个设备中断物理上的连接关系。但并不是所有的中断产生设备节点都会显式定义interrupt-parent属性。如果一个中断产生设备没有定义interrupt-parent，那他的interrupt-parent就是设备树中的parent。所以根据前面的描述，中断树的连接关系是先找中断产生设备device node，然后找到这个node连接的interrupt-parent，所以和DTS的device node组织结构相比是倒过来的。
中断子树也可称之为中断域(interrupt domain)。同一个中断域下，设备的interrupt属性具有相同的格式和释义。中断树由多个中断域组成。
每个中断产生设备都采用一个interrupt属性来描述该设备的中断源信息，也称之为中断描述符。中断描述符的格式和含义是由interrupt domain决定。interrupt domian的根节点会有一个interrupt-cells属性来决定域内中断描述符占用<u32>的数目。比如像Open PIC中断控制器的中断描述符就需要中断号和中断触发类型两个<32>来描述
中断域是定义中断描述符的上下文(context)。一个中断域的根可以是interrupt-controller也可以是一个interrupt nexus。
1.interrupt-controller: 它是一个物理设备，需要驱动支持来处理连接到它的中断。
2.interrupt nexus(interrupt-map): 实现从一个interrupt domain转化到另一个interrupt domain。通过定义interrupt-map属性来实现。例如PCIE的中断需要映射到系统的IRQ。
3.interrupt-cells: 一个中断描述符所需<u32>的数目
4.interrupt-parent: 为了让中断树能反映实际上的物理连接层次关系，定义了interrupt-parent属性。比如一颗SoC，有外部中断通过GPIO子系统然后连接到GIC上；也有SoC集成的UART，I2C等控制器上的中断直连到GIC上。外部中断的interrupt-parent可以设为GPIO，而UART的interrupt-parent则可设置为interrupt-controller（GIC）

DTS中断实例解析

以exynos4412-tiny4412.dts为例解析DTS中关于中断相关属性的用法。
因为exynos4412-tiny4412.dts使用了include其它dts，所以总共涉及的dts文件如下：

1. exynos4412-tiny4412.dts
2. exynos4412.dtsi
3. exynos4x12.dtsi
4. exynos4.dtsi
5. exynos4x12-pinctrl.dtsi

[1]:《Open Firmware. Recommended Practice: Interrupt Mapping. Version 0.9. Unapproved DRAFT.》
[2]: 《Devicetree Specification Release v0.2-21-g15cd53d》