Linux 中断架构
OOP ~
Preface
这里准备介绍一下 Linux 中断的设计思想，当然，也会涉及到具体的中断过程，但是前人已经总结的非常好了，我等就不必重复劳动了。
内核设计结构的时候，我认为是区分哪些是改变的，哪些是不变的，然后把变化的抽象为一个不变的结果，把它们抽象为结构，和不变的固化在内核中，然后不断的修正，优化。
这也说明了一点，没有一开始的设计就是完美的，我们只有一个大概的理念，然后不断地完善它，所以能一开始就设计好的，必然是对整体都了解非常透彻的，这类人我们也称为 SE，当然他们的代码实力不一定强到哪里去就是了。
一个比较典型的就是 VFS 的设计，它将所有的文件系统的操作全都抽象到 file_operations, 并且抽象出 inode, dentry, superblock, 有些文件系统本身设计上并没有这些结构，但是这些就要求驱动必须实现转换，这也是为什么 Linux 原生的文件系统会更有优势就在于此，当然，对于文件操作函数那些有些都是必须实现的，这样设计的好处就在于内核可以不做修改，专注于逻辑上的设计，而不是专注于不同的文件系统的操作上的不同，这就是框架的作用，先将不同给屏蔽，然后专注于整体的逻辑上的设计。
文件系统设备节点，以及自己的块设备。
再一个是驱动的架构，内核专注的一点，应该是在驱动的匹配，管理上，而不应该是由于不同的驱动而来的特殊操作，所以一个优秀的内核就应该先将不同的部分给抽象，然后专注于一些更加重要的部分。这部分可能是出错的恢复，日志，使用优化，以及管理上的需求。
OOP 的思想正是如此，抽象出不同的部分，内核正是无处不体现的着 OOP 的思想。
中断的大致设计
首先区分有哪些是变化的，
中断控制器如何应答中断，如何获取中断号
无数使用中断的设备，以及它们配置中断的方式
中断向量表的配置（架构相关）
但这些变化的实现的目标都是一样的，得到中断号，开关中断，特权级设置等等，但是它们的具体实现都是不一样的，这时候内核就会把目标抽象为一个函数指针，让不同的中断控制器来注册，内核本质就是一个 Abstraction Core
所以内核设计一系列的接口，request_irq enable_irq disable_irq ... 这些都是抽象出来的接口，让需要使用中断的模块注册回调函数，实现起来就类似这样
对于调用函数的模块来说，irq_chip 是透明的，可能是 GIC v3 v2... 内核关键需要抽象出一个接口，上面有需要 irq_chip 注册的函数指针~ ，借此内核就屏蔽了具体的中断控制器，然后对于 irq -> callback 这一层映射，对于 irq_chip 也是透明的，来看看一些具体的代码吧。
这个结构就是内核抽象出来的，而实际我们如何设计回调函数有一万种方法，我们关键需要理解的是这种透明化的思想，对于变化的，我们抽象出它们的目标，让变化的来注册，内核专注于统筹，专注于流程，而不是专注于变化。
内核只需要提供一个注册函数，让控制器模块把这个结构体的地址传给内核，之后内核只需要建立某一个区域的 irq => 这个地址的映射，即可完成操作
比如在注册的时候加上一个范围即可，实际实现是通过注册 irq_domain 因为内核还实现了 irq 的虚拟化，比如每个控制器都支持 0-255 中断号，实际上会冲突，但是我们再加一层 hw_irq 到 virt_irq 的映射即可实现屏蔽，来看一个实际的例子
中断控制器注册函数，当内核分配中断号（也就是其它模块调用 request_irq 的时候），内核就找到了这个 domain，然后调用 alloc 函数，内核给它的只是一个虚拟中断号，内核只需要知道虚拟中断号对应哪个 domain，即可，然后 virt_irq 对应的 hw_irq 只需要中断控制器来维护。
你只要明白了内核设计的思想，上面的代码实现有非常多方式，映射的话数组都可以实现。
总结一下
中断控制器完成
virt_irq -> hw_irq，向内核注册函数指针内核封装接口，提供给其它所有的模块（包括中断控制器）
还有提一点，不同的架构中断向量表初始化方式不一样，所以初始化在不同的目录下
arch/arm/kernel/irq.c 比如这个目录，忘记是不是这个了，但是我阐述的只是分开实现的这一个事实，然后其中个比如实现了一个 early_irq_init
arch_handler_irq 只是一个函数指针，这时候我们只需要中断控制器来注册，那么中断到来它就可以获取中断号了，它还需要转换为 virt_irq 然后内核就可以根据它来查找自己维护的表，调用其他模块注册的回调函数
所以，中断控制器对于向量表的设置仍然是透明的，对于其它模块注册的回调函数仍然是透明的，它只需要告诉内核，只跟内核互动，这种解耦非常适合学习。
内核需要这种 decoupling 来维持稳定，模块一旦耦合严重，就非常不好维护，那你就不能专心专注逻辑了， 别如多核访问的并发处理，首先我们把耦合带来的复杂给解决，那么其它一些问题才能集中解决，问题只在它的模块解决，也是一种抽象。
不管你看驱动架构，看文件系统架构（VFS）还是到现在服务器后端的一些框架，都有着非常好的设计思想，都会把变化的模块抽象，然后设计一个 Core，专门负责它们的交互，负责它们的解耦，然后自己在专注于逻辑，这里的专注，指所有的参与模块，比如中断控制器可以集中处理我们自己硬件的初始化，中断应答，而其他模块怎么使用，我不需要在乎，因为这不我们应该关心的，其他模块以此类推。
中断虚拟化( Pending )
刚刚的 domain，其实就是一个虚拟化的一个苗头，这是服务器的需求，大型机的中断成千上万，必须得有办法支持中断的虚拟化，其实最初的8259-A 只支持15个中断口，后面公用中断线不也是虚拟的一种手段？只是如今可能在接线上更加灵活配置，比如支持写某一个寄存器来触发，即采用 Message 的中断方式。
... on going
ARM 32位 中断过程
References 里面作者介绍的非常清楚，我这里做一些补充吧，在 x86 架构下，中断到来的时候是非常的简单的，首先如果判断 cs 目前不在特权级，那么就根据 tss 中提供的 sp0 提供的栈基址，push 进 ss sp eflags cs ip（否则根据只入栈 eflags cs ip），这样的做法非常符合常理，也就是说， x86 不会提供多套寄存器( ARM 我们也叫 banked )，而是想办法利用栈来备份，ARM 则是有点不同，它会提供多套备份，中断来临的时候利用的是 banked 寄存器备份
你会发现，当我们进入了向量表指定的函数之后，当前的 lr 和 cpsr 都不是我们自己的，并且 PC 指针也被修改了，现在思考一下我们的目标是什么，备份！现在改变了什么？
pc寄存器cpsr寄存器
这俩个寄存器的值跑哪儿了？ 答案是 lr_irq spsr_irq，所以我们跟在 x86 的操作是一样的，只是现在需要入栈在 pc 和 cpsr 对应的位置的，是这俩个寄存器。 所以，在中断处理函数一系列复杂的操作，都是为了备份在 中断之前的所有的寄存器。
push { r0 - r15 } + cpsr，只是其中俩个需要做些处理~ 现在看代码就会有种豁然开朗的感觉，现在我们来关注 SVC 状态下触发的中断，那些基址什么的就不细说了，看主线吧。
注意上面使用的 sp 是 sp_irq，每次中断触发都是一样的，这个值在 cpu_init() 那里初始化，这里我们在 SMP 那一章节来讲讲吧，总之sp指向一个 12 字节的临时栈，上面备份了r0，lr, cpsr 寄存器，r0 备份是因为我们需要使用它，而 lr, spsr_irq 不正是我们需要备份的 pc, cpsr 吗？读者好好理解这句话，那么对这段代码就会有很清晰的理解。
上面的代码首先备份了 r1 - r12，r0 目前指向的是 IRQ_MODE的临时栈，而它的备份也在栈里面，备份了这些寄存器之后，我们就可以肆无忌惮的使用它们了，关键就是 r7 指向了寄存器备份区域的最顶端，它目前的任务是备份，r13 - r15， cpsr， old_r0，读者可以看看 struct pt_regs 结构，其实 72 个字节区域，正好可以保存 18 个寄存器，所以上面的代码就在获取剩下的 5 个寄存器，仔细看就可以知道，lr 是没有被使用的，所以可以直接备份，这里必须得明白一点，我们在中断模式操作的是另外一个 lr_irq，然后 pc 也就是在中断模式备份的那个 lr_irq，sp 指向没有开辟这段区域的位置，cpsr 类似，不解释了，r6 直接赋值为 -1
只要理解了这段代码的目的就是为了保存中断之前的所有寄存器，那么其实非常好阅读的，不然你不明白为什么会这么的绕，下面我们来看看恢复的操作，其实不就是直接弹出嘛。
对于 Thumb 2 的宏还有另外一个版本，那个版本应该是不支持，直接加载内存到 pc，所以使用了 rfe 指令，实现原理是一样的，我也没有遇到过那个情况。这个代码是非常的简单的，之前的备份可能还复杂，但这里却是一目了然，中间那个特殊情况可以忽略，应该是处理器的 BUG
为什么要在 SVC 模式
之所以备份的时候有点复杂，都是因为我们需要切换到 svc 模式，以及 ARM 在中断到来的时候自动帮我们修改了寄存器，而不是帮我们备份到栈中，切换到 svc 模式的时候又带来了寄存器的变换，所以又增加了点难度，那么究竟为何要切换呢？
原因是 irq 模式并没有什么特别，我们没有一定要为它准备一个 4KB 的栈空间，x86 模式也是这样，都是利用当前进程的内核栈，既然都有现成的，为何不用？所以我认为总共的原因有俩点
统一，简化操作
节省中断栈的管理
ARM 汇编的一些知识
那些 IA FA，就不说了，英文简写很容易记住，然后说说 cxfs
References
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