Initialization of external hardware interrupts structures
IRQ의 초기가 아닐때의 초기화
이것은 리눅스 커널에서 인터럽트와 인터럽트 처리 챕터의 8번째 파트이며 이전 파트에서 우리는 외부 하드웨어 인터럽트를 알아보기 시작했습니다. kernel/irq/irqdesc.c 소스 코드 파일에서 early_irq_init
함수의 구현을 살펴보고 이 함수에서 irq_desc
구조체의 초기화를 보았습니다. irq_desc
구조체(include/linux/irqdesc.h에 정의 됨)는 리눅스 커널의 인터럽트 관리 코드의 기초이며 인터럽트 디스크립터를 나타냅니다. 이 파트에서 우리는 외부 하드웨어 인터럽트와 관련이 있는 초기화에 대해 계속 알아볼 것입니다.
init/main.c에서 early_irq_init
함수를 호출 한 직후에 우리는 init_IRQ
함수의 호출을 볼 수 있습니다. 이 기능은 아키텍처에 따라 다르며 arch/x86/kernel/irqinit.c에 정의되어 있습니다. init_IRQ
함수는 동일한 arch/x86/kernel/irqinit.c 소스 코드 파일에 정의 된 vector_irq
percpu 변수를 초기화합니다. :
그리고 인터럽트 벡터 번호의 percpu
배열을 나타냅니다. vector_irq_t
는 arch/x86/include/asm/hw_irq.h에 정의 되어 있고, 다음으로 확장합니다.:
여기서 NR_VECTORS는 벡터 번호의 개수이라는 것을 이 챕터의 첫번째 파트에서 알 수 있습니다. x86_64의 경우 256
입니다.
이제 init_IRQ
함수의 시작에서 우리는 legacy
인터럽트의 벡터 번호로 vector_irq
percpu 배열을 채 웁니다. :
이 vector_irq
는 arch/x86/kernel/irq.c의 do_IRQ
함수에서 외부 하드웨어 인터럽트 처리의 첫 단계 동안 사용됩니다. :
왜 legacy
가 여기에 있을까요? 실제로 모든 인터럽트는 최신 IO-APIC 컨트롤러에 의해 처리됩니다. 그러나 Programmable Interrupt Controller와 같은 레거시 인터럽트 컨트롤러에 의한 이러한 인터럽트 (0x30
에서0x3f
)가 I / O APIC
에 의해 처리되면 이 벡터 공간은 해제되고 재사용됩니다. 이 코드를 자세히 살펴 봅시다. 우선 arch/x86/include/asm/i8259.h에 정의 된 모든 nr_legacy_irqs
는 legacy_pic
구조체에서 nr_legacy_irqs
필드를 반환합니다. :
이 구조는 동일한 헤더 파일에 정의되어 있으며 현대적이지 않은 프로그래밍 가능한 인터럽트 컨트롤러를 나타냅니다. :
레거시 인터럽트의 실제 기본 최대 수는 arc/x86/include/asm/irq_vectors.h에 있는 NR_IRQ_LEGACY
매크로로 표현합니다. :
루프에서 우리는 IRQ0_VECTOR + i
인덱스에 의해 per_cpu
매크로를 사용하여 CPU 당 배열인 vecto_irq
에 접근하고, 그곳에 레거시 벡터 번호를 씁니다. arch/x86/include/asm/irq_vectors.h 헤더 파일에 정의 된 IRQ0_VECTOR
매크로는 0x30
으로 확장됩니다. :
왜 여기에 0x30
이 있을까요? 0
부터 31
까지의 첫 32 개의 벡터 번호는 프로세서가 예약하고 아키텍처 기반의 예외 및 인터럽트 처리에 사용된다는 것을 이 챕터의 첫 번째 파트에서 배웠습니다. 0x30
부터 0x3f
까지의 벡터 번호는 ISA 용으로 예약되어 있습니다. 즉, 32
와 동일한 IRQ0_VECTOR
의 vector_irq
를 IRQ0_VECTOR + 16
(0x30
이전)로 채운다는 것을 의미합니다.
arch/x86/kernel/x86_init.c 소스 코드 파일의 init_IRQ
함수 끝에서 다음 함수의 호출을 볼 수 있습니다. :
리눅스 커널 초기화 과정에 대한 챕터를 읽었다면 x86_init
구조체를 기억할 수 있을 것입니다. 이 구조체에는 플랫폼 설정과 관련된 기능(우리의 경우 x86_64
)을 가리키는 몇 개의 파일이 포함되어 있습니다. 예를 들어 메모리 자원과 관련된 resources
. MultiProcessor Configuration Table 테이블을 파싱하는 것과 관련된 'mpparse' 등이 있습니다. 우리가 볼 수 있듯, x86_init
에는 세 개의 다음 필드를 포함하는 irqs
필드도 포함되어 있습니다. :
이제 우리는 native_init_IRQ
에 흥미를 가집니다. 우리가 알 수 있듯, native_init_IRQ
함수의 이름은 native_
접두사를 포함하는데, 이는이 함수가 아키텍처에 따라 다르다는 것을 의미합니다. 이 함수는 arch/x86/kernel/irqinit.c에 정의되어 있으며 Local APIC의 일반 초기화 및 ISA irq들의 초기화를 실행합니다. 앞으로 native_init_IRQ
함수의 구현을 살펴보고 거기서 발생하는 것들을 이해해봅시다. native_init_IRQ
함수는 다음 함수의 실행에서 시작합니다. :
위에서 볼 수 있듯이 pre_vector_init
는 동일한 소스 코드 파일에 정의 된 init_ISA_irqs
함수를 가리키며 함수 이름에서 알 수 있듯이 ISA 관련 인터럽트를 초기화합니다. init_ISA_irqs
함수는 irq_chip
형식을 갖는 chip
변수의 정의로 시작됩니다.
include/linux/irq.h 헤더 파일에 정의 된 irq_chip
구조체는 하드웨어 인터럽트 칩 디스크립터를 나타냅니다. 이것은 다음을 포함합니다. :
name
- name of a device. Used in the/proc/interrupts
:
마지막 열을 보십시오;
(*irq_mask)(struct irq_data *data)
- 인터럽트 소스를 마스킹;(*irq_ack)(struct irq_data *data)
- 새 인터럽트의 시작;(*irq_startup)(struct irq_data *data)
- 인터럽트 시작;(*irq_shutdown)(struct irq_data *data)
- 인터럽트를 종료등등.
'irq_data' 구조체는 칩 기능으로 전달 된 irq 당 칩 데이터 세트를 나타냅니다. 여기에는 칩 레지스터에 엑세스하기 위해 사전 계산 된 비트 마스크 인 mask
,인터럽트 번호인 irq
, 하드웨어 인터럽트 번호인 hwirq
, 인터럽트 도메인 칩 하위 레벨 인터럽트 하드웨어 액세스 등이 포함됩니다.
이 명령은 CONFIG_X86_64
와 커널 설정 옵션인 CONFIG_X86_LOCAL_APIC
에 따라 arch/x86/kernel/apic/apic.c에서 init_bsp_APIC
함수를 호출합니다. :
이 함수는 부트스트랩 프로세서(또는 먼저 시작하는 프로세서)의 [APIC]를 초기화합니다. 이는 SMP 설정을 확인하는 것(Linux 커널 초기화 프로세스 챕터의 여섯번째 파트에 자세히 설명되어 있음)에서 시작하며, 이 프로세서에는 APIC
이 있습니다. :
이제 이 함수에서 리턴합니다. 다음 단계에서는 로컬 APIC
(자세한 내용은 '고급 프로그래밍 가능 인터럽트 컨트롤러'에 대한 챕터에서 설명)을 끝내고, unsigned int value
를 APIC_SPIV_APIC_ENABLED
로 설정함으로써 첫번째 프로세서의 APIC
을 가능하게 하는 동일한 소스 코드 파일내의 clear_local_APIC
함수를 호출합니다. :
그리고 apic_write
함수의 도움으로 이를 write 합니다. :
부트 스트랩 프로세서에 APIC
를 활성화 한 후 init_ISA_irqs
함수로 돌아가 그 다음 단계에서 레거시 Programmable Interrupt Controller
를 초기화하고 각 레거시 irq에 대한 레거시 칩과 핸들러를 설정합니다. :
init
함수는 어디에서 찾을 수 있을까요? arch/x86/kernel/i8259.c에 정의 된 legacy_pic
은 다음과 같습니다. :
Where the default_legacy_pic
is:
동일한 소스 코드 파일에 정의 된 init_8259A
함수는 Intel 8259 Programmable Interrupt Controller
의 초기화를 실행합니다. (자세한 내용은 Programmable Interrupt Controllers
과 APIC
에 대한 별도의 챕터에 있습니다.)
init_ISA_irqs
함수가 작업을 마친 후에, native_init_IRQ
함수로 돌아갈 수 있습니다. 다음 단계는 [내부 프로세서 인터럽트] (https://en.wikipedia.org/wiki/Inter-processor_interrupt)를 위해 SMP 아키텍처에서 사용되는 특수 인터럽트 게이트를 할당하는 apic_intr_init
함수를 호출 하는 것입니다. 인터럽트 디스크립터 할당에 사용되는 arch/x86/include/asm/desc.h의 alloc_intr_gate
매크로가 있습니다. :
보시다시피, 우선 이것은 used_vectors
비트 맵에서 주어진 벡터 번호를 확인하는 alloc_system_vector
함수의 호출로 확장되고 (이전 [파트]에서 볼 수 있음), used_vectors
에 설정되지 않은 경우에는 비트 맵을 설정합니다. 그런 다음 우리는 first_system_vector
가 주어진 인터럽트 벡터 수보다 큰지 테스트하고 더 큰 경우 할당합니다 :
우리는 이미 set_bit
매크로를 보았습니다. 이제 test_bit
와 first_system_vector
를 봅시다. arch/x86/include/asm/bitops.h에 정의 된 첫 번째 test_bit
매크로는 다음과 같습니다. :
삼항 연산자는 gcc에 내장된 테스트를 통해 확인할 수 있습니다. 함수 __builtin_constant_p
는 컴파일 타임에 주어진 벡터 번호(nr
)가 알려져 있는지 테스트합니다. __builtin_constant_p
에 대한 잘못된 이해가 있다면 간단한 테스트를 만들 수 있습니다. :
그리고 결과를 봅시다. :
이제 여러분이 이에 대해 명확히 이해했다고 생각합니다. 다시 test_bit
매크로로 돌아 갑시다. __builtin_constant_p
가 0이 아닌 값을 반환하면 constant_test_bit
함수를 호출합니다 :
다른 방법으로 variable_test_bit
가 있습니다.:
이 두 기능의 차이점은 무엇이고, 동일한 목적을 위해 두 개의 다른 기능이 필요한 이유는 무엇일까요? 이미 짐작할 수 있듯이 주된 목적은 최적화입니다. 다음 함수를 사용하여 간단한 예를 작성하면 다음과 같습니다. :
예제의 어셈블리 출력을 살펴보면 constant_test_bit
에 대한 다음 어셈블리 코드가 표시됩니다.
그리고 variable_test_bit
에 대한 어셈블리 코드가 표시됩니다.:
이 두 코드 목록은 같은 부분으로 시작합니다. 우선 현재 스택 프레임의 기본을 %rbp
레지스터에 저장합니다. 하지만 두 예에서 이 코드는 다릅니다. 첫 번째 예에서는 $268435456
(여기서 $268435456은 두 번째 매개 변수 인 0x10000000
)을 esi
에, $25
(첫 번째 매개 변수)를 edi
레지스터에 넣고 constant_test_bit
를 호출합니다. x86_64 아키텍처를 위한 리눅스 커널을 배우면서 System V AMD64 ABI(호출 규칙)를 사용하기 때문에 함수 파라미터를 esi와 edi 레지스터에 넣었습니다. 이 작업은 모두 매우 간단합니다. 우리가 미리 정의 된 상수를 사용할 때, 컴파일러가 그 값을 대체 할 수 있습니다. 이제 두 번째 예를 살펴 보겠습니다. 여기서 볼 수 있듯이 컴파일러가 nr
변수의 값을 대체 할 수 없습니다. 이 경우 컴파일러는 프로그램의 스택 프레임에서 오프셋을 계산해야합니다. 로컬 변수 데이터에 스택을 할당하기 위해 rsp 레지스터에서 16
을 빼고 $24
(nr
변수의 값)를 -4
오프셋을 가진 rbp
에 넣습니다. 스택 프레임은 다음과 같습니다. :
그런 다음 이 값을 eax
에 넣습니다. 따라서 eax
레지스터는 이제 nr
의 값을 포함합니다. 결국 우리는 첫 번째 예에서 $ 268435456
(variable_test_bit
함수의 첫 번째 매개 변수)과 eax
의 값(nr
의 값)을 edi
레지스터(variable_test_bit
함수의 두 번째 매개 변수)에 넣는 과정과 동일하게 수행합니다.
apic_intr_init
함수가 이 작업을 완료 한 후, 다음 단계는FIRST_EXTERNAL_VECTOR
또는 0x20
에서 0x256
에 이르는 인터럽트 게이트 설정입니다. :
그러나 우리는 for_each_clear_bit_from
헬퍼를 사용하면서 초기화되지 않은 인터럽트 게이트만 설정했습니다. 이후에는 동일한 for_each_clear_bit_from
헬퍼를 사용하여 인터럽트 테이블의 채워지지 않은 인터럽트 게이트를 spurious_interrupt
로 채웁니다. :
spurious_interrupt
함수는 spurious
인터럽트를 위한 인터럽트 핸들러를 나타냅니다. 여기서 used_vectors
는 이미 초기화 된 인터럽트 게이트를 포함하는 unsigned long
입니다. 우리는 이미 arch/x86/kernel/setup.c 소스 코드 파일에서 trap_init
함수의 첫 번째 32
인터럽트 벡터를 채웠습니다. :
이 장의 여섯 번째 파트에서 이를 어떻게 수행했는지 보았습니다.
native_init_IRQ
함수의 끝에서 우리는 다음과 같은 점검을 볼 수 있습니다. :
우선 조건을 살펴 봅시다. acpi_ioapic
변수는 I/O APIC의 유무를 나타냅니다. 이는 arch/x86/kernel/acpi/boot.c에 정의되어 있습니다. 이 변수는 Multiple APIC Description Table
을 처리하는동안 호출 된 acpi_set_irq_model_ioapic
함수에 설정되어 있습니다. 이것은 arch/x86/kernel/setup.c에서 아키텍처 특정 항목을 초기화하는 동안 발생합니다(자세한 내용은 APIC에 대해 다루는 다른 챕터에서 알 수 있습니다). acpi_ioapic
변수의 값은 CONFIG_ACPI
와 Linux 커널 설정 옵션 CONFIG_X86_LOCAL_APIC
에 따라 다릅니다. 이 옵션을 설정하지 않으면이 변수는 0이됩니다. :
두 번째 조건인 !of_ioapic && nr_legacy_irqs()
는 Open Firmware I/O APIC
와 레거시 인터럽트 컨트롤러를 사용하지 않는지 확인합니다. 우리는 이미 nr_legacy_irqs
에 대해 알고 있습니다. 두 번째는 [arch/x86/kernel/devicetree.c]에 정의 된 of_ioapic
변수이며, devicetree에서 APICs
에 대한 정보를 빌드하는 dtb_ioapic_setup
함수에서 초기화됩니다. of_ioapic
변수는 Linux 커널 설정 옵션 CONFIG_OF
에 따라 다릅니다. 이 옵션을 설정하지 않으면 of_ioapic
의 값도 0이 됩니다 :
조건이 0이 아닌 값을 반환하면 다음 함수를 호출합니다. :
우선 irq2
에 대해 알아봅시다. irq2
는 arch/x86/kernel/irqinit.c 소스 코드 파일에 정의 된 irqaction
구조체이며 연결된 종속 장치를 조회하는 데 사용되는 IRQ 2
라인을 나타냅니다.
앞에서 인터럽트 컨트롤러는 두 개의 칩으로 구성되었고 하나는 두 번째 칩에 연결되었습니다. 이 IRQ 2
라인을 통해 첫 번째 칩에 연결된 두 번째 칩은 8
부터 15
까지의 라인들을 서비스했고, 이 다음에 첫번째 라인을 서비스했습니다. 예를 들어 Intel 8259A는 다음과 같습니다. :
IRQ 0
- 시스템 시간;IRQ 1
- 키보드;IRQ 2
- 종속 연결 된 장치들에 사용;IRQ 8
- RTC;IRQ 9
- 예약됨;IRQ 10
- 예약됨;IRQ 11
- 예약됨;IRQ 12
-ps/2
마우스;IRQ 13
- 보조 프로세서;IRQ 14
- 하드 드라이브 컨트롤러;IRQ 1
- 예약됨;IRQ 3
-COM2
와COM4
;IRQ 4
-COM1
와COM3
;IRQ 5
-LPT2
;IRQ 6
- 드라이브 컨트롤러;IRQ 7
-LPT1
.
kernel/irq/manage.c에 정의 된 setup_irq
함수는 두 개의 매개 변수를 사용합니다. :
인터럽트의 벡터 수;
인터럽트와 관련 된
irqaction
구조체.
이 함수는 처음에 주어진 벡터 번호에서 인터럽트 디스크립터를 초기화합니다. :
그리고 인터럽트가 주어지면 설정하는 __setup_irq
함수를 호출합니다. :
__setup_irq
함수가 진행되는 동안 인터럽트 디스크립터가 잠기게 됩니다. __setup_irq
함수는 여러 가지를 만듭니다: 스레드 함수가 제공되고 인터럽트가 다른 인터럽트 스레드에 중첩되지 않을 때 핸들러 스레드를 만들고, 칩의 플래그를 설정하고. irqaction
를 채우는 등의 많고 많은 일을 합니다.
위의 모든 것들은 /prov/vector_number
디렉토리를 생성하고 채웁니다. 그러나 최신 컴퓨터를 사용하는 경우 모든 값은 0입니다.
아마도 APIC
는 우리 컴퓨터의 인터럽트를 처리하기 때문입니다.
이것으로 끝입니다.
결론
인터럽트와 인터럽트 처리 챕터의 8 번째 파트가 끝났으며, 우리는 이 파트에서 외부 하드웨어 인터럽트에 대해 계속 연구했습니다. 이전 파트에서 우리는 이를 시작했고 IRQs
의 초기 초기화를 보았습니다. 그리고 이 파트에서 우리는 이미 init_IRQ
함수에서 초기 인터럽트가 아닌 인터럽트를 보았습니다. 인터럽트의 벡터 번호를 저장하는 CPU 당 vector_irq
의 초기화를 보았으며, 외부 하드웨어 인터럽트와 관련된 다른 것들의 인터럽트 처리 및 초기화 중에 사용될 것입니다.
다음 파트에서는 관련 내용을 처리하는 인터럽트를 계속 배우고 softirqs
의 초기화를 보게 될 것입니다.
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