4.2.4 根据DTS完成timer初始化

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4.2.4 根据DTS完成timer初始化

4.2.4.1 初始化入口arch_timer_of_init

这一章节来分析timer设备的初始化，它依赖于device tree，也可以说它“消费”device tree。device tree的初始化，参考《4.2.2 Linux解析DTS/DTB流程》。

内核实现的套路和《4.2.3 根据DTS完成中断控制器初始化》基本一样，那就仿写一下。

Arch timer时钟源驱动drivers/clocksource/arm_arch_timer.c中，定义了时钟初始化入口：TIMER_OF_DECLARE(armv8_arch_timer, "arm,armv8-timer", arch_timer_of_init)。

这个宏其实就是初始化了一个静态常量：struct of_device_id __of_table_armv8_arch_timer。

//本质是定义struct of_device_id __of_table_armv8_arch_timer
TIMER_OF_DECLARE(armv8_arch_timer, "arm,armv8-timer", arch_timer_of_init);#define TIMER_OF_DECLARE(name, compat, fn) \OF_DECLARE_1_RET(timer, name, compat, fn)#define OF_DECLARE_1_RET(table, name, compat, fn) \_OF_DECLARE(table, name, compat, fn, of_init_fn_1_ret)#define _OF_DECLARE(table, name, compat, fn, fn_type)           \static const struct of_device_id __of_table_##name      \__used __section(__##table##_of_table)          \__aligned(__alignof__(struct of_device_id))     \= { .compatible = compat,              \.data = (fn == (fn_type)NULL) ? fn : fn  }

根据_OF_DECLARE，struct of_device_id __of_table_armv8_arch_timer被指定放在了__timer_of_table段(section)中。这个段定义arch/arm64/kernel/vmlinux.lds中，在编译Linux的过程中，变量__of_table_armv8_arch_timer会被放在___timer_of_table段(section)中。

TIMER_OF_DECLARE(armv8_arch_timer, "arm,armv8-timer", arch_timer_of_init)最终展开为：

static const struct of_device_id __of_table_armv8_arch_timer __used __section(___timer_of_table) = { 
.compatible = "arm,armv8-timer", 
.data = arch_timer_of_init 
}

 timer_probe从__timer_of_table中找出变量__of_table_armv8_arch_timer，根据.compatible = "arm,armv8-timer"成员，遍历struct device_node设备树，找到匹配的struct device_node节点。调用arch_timer_of_init (.data = arch_timer_of_init)进行arch timer的初始化。

device tree中是否有匹配的节点？以QEMU virt为例，图中的DTS中的timer节点，完全符合上述分析。

这是arch timer初始化运行的调用堆栈，与上述分析一致。

找到了初始化的入口，接下来分析arch timer的Linux virq与hwirq的映射关系是如何建立的。

4.2.4.2 建立Linux virq与hwirq的映射关系-上半部分

arch_timer_of_init循环调用irq_of_parse_and_map，依次把DTS中timer节点定义的4个物理中断号，都转换成Linux virq存到数组arch_timer_ppi中。

irq_of_parse_and_map首先调用of_irq_parse_one从DTS timer节点得到中断的属性值存入struct of_handle_args oirq结构体变量中。例如对于ARCH_TIMER_VIRT_PPI，解析出来的3个参数如下图，与DTS timer节点中的定义完全相同。其中oriq.args[0]是1，代表是PPI中断；oriq.args[1]等于11，就是0xb，代表PPI中断号；oriq.args[2]等于4，代表中断属性。注意oriq.args[1]等于11，但是11只是PPI中断号，并不是GIC V3的硬件中断号，后面irq_of_parse_and_map会调用irq_create_of_mapping(&oirq)继续转换。

irq_create_of_mapping(&oirq)调用of_phandle_args_to_fwspec函数，把irq_data(传入struct of_handle_args oirq)转换为中断专用的数据结构变量struct irq_fwspec fwspec，3个数值保持一致。irq_create_of_mapping(&oirq)继续调用irq_create_fwspec_mapping(&fwspec)完成映射。

irq_create_fwspec_mapping(&fwspec)首先通过fwspec找到irq_domain，然后调用irq_domain_translate(domain, fwspec, &hwirq, &type)。irq_domain_translate通过调用domain->ops->translate回调函数，实际调用了GIC V3中断的gic_irq_domain_translate函数。根据fwspec->param[0]，判断是PPI中断，把fwspec->param[1] + 16得到27存入*hwirq。

小结一下，irq_create_of_mapping-> irq_create_fwspec_mapping->irq_domain_translate返回后，变量hwirq里面存储的就是DTS PPI 11对应的硬件中断号27。既然确定了hwirq，那它对应的Linux virq是多少？接下来调用irq_find_mapping(domain, hwirq)，在irq_domain中寻找此hwirq(27)是否已经分配过对应的Linux irq。显然是没有的，所以irq_find_mapping(domain, hwirq)一定返回0。

接下来irq_create_fwspec_mapping中，if (irq_domain_is_hierarchy(domain))判断为真，走到irq_domain_alloc_irqs->__irq_domain_alloc_irqs，分配Linux virq并且与hwirq建立映射关系。注意，irq_domain_alloc_irqs传入的第4个参数是fwspec，而不是已经算出的hwirq。估计后面还会再重新计算一次，拭目以待。

4.2.4.3 建立Linux virq与hwirq的映射关系-下半部分

__irq_domain_alloc_irqs分为如下几步，且出现了几个新的和中断相关的数据结构，这里一一分析。

第一步，irq_domain_alloc_descs调用__irq_alloc_descs分配virq及对应的irq_desc数据结构。保留其中最核心的两个函数调用，来展开分析。

int __ref
__irq_alloc_descs(int irq, unsigned int from, unsigned int cnt, int node,struct module *owner, const struct cpumask *affinity)
{start = bitmap_find_next_zero_area(allocated_irqs, IRQ_BITMAP_BITS,from, cnt, 0);ret = alloc_descs(start, cnt, node, affinity, owner);
}

1. bitmap_find_next_zero_area

这个地方，清晰的说明逻辑中断号virq是通过位图变量allocated_irqs按照先申请先得的规则分配的。allocated_irqs和IRQ_BITMAP_BITS的分析，详见《3.4.1.2 IPIPE对Linux中断号的改造》。

2. alloc_descs

说到irq_desc数据结构，内核提供了两种管理方式。一种是静态数组struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS]，一种是基数树static RADIX_TREE(irq_desc_tree, GFP_KERNEL)。

static RADIX_TREE(irq_desc_tree, GFP_KERNEL);#define RADIX_TREE(name, mask) \struct radix_tree_root name = RADIX_TREE_INIT(name, mask)struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS] __cacheline_aligned_in_smp = {[0 ... NR_IRQS-1] = {.handle_irq	= handle_bad_irq,.depth		= 1,.lock		= __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(irq_desc->lock),}
};

对于静态数组，struct irq_desc相当于编译的时候就已经分配了，逻辑比较简单，只要根据virq来索引即可。对于基数树，需要针对virq进行对应struct irq_desc进行申请和释放。当前默认是CONFIG_SPARSE_IRQ=y，使用基数树。alloc_descs的最重要的主体为：

static int alloc_descs(unsigned int start, unsigned int cnt, int node,const struct cpumask *affinity, struct module *owner)
{desc = alloc_desc(start + i, node, flags, mask, owner);irq_insert_desc(start + i, desc);
}

调用alloc_desc申请struct irq_desc。每个virq都拥有一个struct irq_desc与其对应，且struct irq_desc包含一个struct irq_data结构体。

alloc_descs->alloc_desc-> desc_set_defaults会把virq保存起来：desc->irq_data.irq = irq。注意，irq_data.hwirq此时还没有初始化哦，所以已知virq，是找不到hwirq的。

以virq为索引值，调用irq_insert_desc插入基数树irq_desc_tree。

第二步，irq_domain_alloc_irq_data初始化irq_data

特别注意，struct irq_data实体是直接定义在struct irq_desc中，所以在上一步分配struct irq_desc时，struct irq_data实际上也分配了。这里最重要的是给irq_data->domain赋值，让struct irq_desc通过irq_data与domain关联起来。 

第三步，irq_domain_alloc_irqs_hierarchy确定virq和hwirq的关系。

irq_domain_alloc_irqs_hierarchy通过钩子domain->ops->alloc调用了gic_irq_domain_alloc，注意传入的第4个参数不是上面已经计算出来的hwirq，反而是fwspec。所以，在最终到达gic_irq_domain_alloc时。

1. 调用gic_irq_domain_translate重新计算hwirq。

2. 调用gic_irq_domain_map完成virq到hwirq的映射关系：irq_data->hwirq = hwirq。至此之后，通过virq可以找到irq_desc.irq_data.hwirq。函数irq_get_irq_data可以方便的从virq找到irq_data。

第四步，调用irq_domain_insert_irq->irq_domain_set_mapping，完成hwirq到virq的反向映射。

对于GIC V3来说，创建domain的调用过程：irq_domain_create_tree->__irq_domain_add(fwnode, 0, ~0, 0, ops, host_data)，其中第2个参数为domain->revmap_size赋值，即0。

所以，在irq_domain_set_mapping中，通过radix_tree_insert，以hwirq为索引，向domain->revmap_tree插入irq_data。至此之后，通过hwirq可以找到virq即irq_data.irq。内核封装了irq_find_mapping函数来找出hwirq对应的virq。

总结一下：

• Linux virq是通过位图变量allocated_irqs按照先申请先得的规则分配的。
• 每个virq都拥有一个struct irq_desc与其对应，且struct irq_desc包含一个struct irq_data结构体。struct irq_desc通过静态数组或基数树组织起来，索引值为virq。
• struct irq_data结构体中的irq代表virq，在alloc_desc时初始化为virq。
• struct irq_data结构体中的hwirq，会存储硬件中断号。
• 已知hwirq，通过irq_domain的revmap_tree或linear_revmap，可以找到irq_data.irq（virq），可以使用API irq_find_mapping函数。
• 已知virq，通过irq_desc.irq_data.hwirq快速找到hwirq，可以使用API irq_get_irq_data.

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