Linux 中斷子系統架構與處理流程全景分析

硬件層：GIC / 舊版中斷控制器寄存器

以 ARM Cortex-A9/A15 的 GIC-400 為例（早期 GIC-390/PL190 類似）：

• 外部中斷：EXTINT0-2 配置觸發模式（電平/邊沿），EINTPEND 掛起寄存器（寫 1 清除），EINTMASK 屏蔽。
• 內部中斷：SUBSRCPND/INTSUBMSK（子源），SRCPND/INTMSK（主源），INTMOD 選擇 IRQ/FIQ，PRIORITY 優先級，INTPND 仲裁後最高優先級中斷，INTOFFSET 記錄其位號。

軟件抽象三層架構

1. High-level ISR：驅動註冊的 irqaction->handler，處理設備具體邏輯。
2. Interrupt Flow Handling：handle_irq 入口，根據中斷類型調度 handle_level_irq/handle_edge_irq 等，控制 mask/ack/end 流程。
3. Chip-Level Hardware Encapsulation：irq_chip（舊 hw_interrupt_type），封裝 mask/unmask/ack/set_type 等寄存器操作。

核心數據結構

• irq_desc[NR_IRQS]：全局描述符數組，每中斷源一個。包含 irq_data（硬件屬性）、handle_irq（流程入口）、irq_chip（芯片操作）、action 鏈表（共享中斷）。
• irqaction：設備中斷描述符，handler、dev_id（共享中斷區分設備）、next 鏈接下一個共享動作。

中斷處理流程

1. CPU 接收 IRQ → asm_do_IRQ 保存現場。
2. handle_irq(desc) → generic_handle_irq_desc → desc->handle_irq（如 handle_level_irq）。
3. Flow handler：
   handle_level_irq：mask → ack → 處理 → unmask（防電平重入）。
   handle_edge_irq：ack → 處理（邊沿不需 mask）。
4. handle_irq_event 遍歷 action 鏈表調用各 handler(dev_id)。共享中斷時每個 handler 必須自行判斷中斷源（讀設備狀態寄存器），非本設備立即返回 IRQ_NONE。
5. 返回 IRQ_HANDLED/IRQ_NONE，flow handler 執行 end 回調，恢復 CPU 現場。