中断是大家用的最多的功能，不管是单片机还是 Linux 系统，都需要用到中断，对它的深入理解是非常必要的。

为什么需要中断？

答案：处理器的速度比外设快很多，内核必须要处理其他任务，只有当外设准备好了，CPU才转过来处理外设的事务。

一般通讯方式为：轮询（polling）、中断（interrupt），除了网络传输适合用轮询外，一般其他情况都是用中断。

中断分类

中断是指 CPU 正常运行期间，由于内外部事件或程序预先安排的事件，引起的 CPU 暂时停止正在运行的程序，转而为该内部或外部预先安排的事件服务的程序中去，服务完毕后再返回去继续执行被暂时中断的程序。

常说的中断其实是第一种，异步中断。

陷阱就是系统调用，从用户态陷入到内核态，比如调用 open、write 等系统调用，也算中断。这两种很正常，所以会返回到下一条指令。

故障就是遇到了内存缺页等情况，会返回到当前指令继续执行，看看内核是否会修复完毕，如果修复不了就挂掉了。终止就是系统直接挂掉了。

中断子系统硬件架构

一个完整的设备中，与中断相关的硬件可以划分为3类，它们分别是：设备、中断控制器和CPU本身。

设备：设备是发起中断的源，当设备需要请求某种服务的时候，它会发起一个硬件中断信号，通常，该信号会连接至中断控制器，由中断控制器做进一步的处理。在现代的移动设备中，发起中断的设备可以位于soc（system-on-chip）芯片的外部，也可以位于芯片的内部，因为目前大多数 soc 都集成了大量的硬件 IP，例如 I2C、SPI、Display Controller 等等，就是内部中断源。

中断控制器：中断控制器负责收集所有中断源发起的中断，现有的中断控制器几乎都是可编程的，通过对中断控制器的编程，我们可以控制每个中断源的优先级、中断的电气类型，还可以打开和关闭某一个中断源，在smp系统中，甚至可以控制某个中断源发往哪一个 CPU 进行处理。对于 ARM 架构的 soc，使用较多的中断控制器是VIC（Vector Interrupt Controller），进入多核时代以后，GIC（General Interrupt Controller）的应用也开始逐渐变多。STM32 单片机的中断控制器叫 NVIC，ARM架构的中断控制器一般为GIC，不同架构有不同的中断控制器。

CPU：最终响应中断的部件，它通过对可编程中断控制器的编程操作，控制和管理者系统中的每个中断，当中断控制器最终判定一个中断可以被处理时，他会根据事先的设定，通知其中一个或者是某几个 cpu 对该中断进行处理，虽然中断控制器可以同时通知数个 cpu 对某一个中断进行处理，实际上，最后只会有一个 cpu 相应这个中断请求，但具体是哪个 cpu 进行响应是可能是随机的，中断控制器在硬件上对这一特性进行了保证，不过这也依赖于操作系统对中断系统的软件实现。

为什么需要中断控制器？

CPU 要做的事情主要是运算。一个 CPU 有很多个中断可以使用，他们之间也有优先级。由于中断过多，我们需要中断进入 CPU 处理之前，先进入中断控制器，让中断控制器来控制中断的优先级、触发方式、enable 和 disable等，为CPU减轻负担，让CPU专注于运算。

中断控制器的级联

根据中断数量的不同，中断控制器可以级联，以此来满足需求。比如在 GIC 中断控制器之前都会连接 EINT 中断控制器，或者其他中断控制器，对不同的中断分级管控。

中断控制器的级联有两种类型：

机器级别的级联，级联的初始化代码理所当然地位于板子的初始化代码中（arch/xxx/mach-xxx），因为只要是使用这个板子或SOC的设备，必然要使用这个子控制器。

设备级别的级联，因为该设备并不一定是系统的标配设备，所以中断控制器的级联操作应该在该设备的驱动程序中实现。

机器设备的级联，因为得益于事先已经知道子控制器的硬件连接信息，内核可以方便地为子控制器保留相应的 irq_desc 结构和 irq 编号，处理起来相对简单。

设备级别的级联则不一样，驱动程序必须动态地决定组合设备中各个子设备的 irq 编号和 irq_desc 结构。我只讨论机器级别的级联，设备级别的关联可以使用同样的原理。

中断子系统架构

整个中断子系统的架构分为 4 层，最底层（第四层）为硬件，包括 CPU、中断控制器。第三层是 CPU 的驱动和中断控制器的驱动，由芯片原厂负责。第二层是 Linux 内核提供的通用中断处理模块，这一层存在的意义在于，希望用户在第一层写的驱动在移植的时候更方便，保持接口不变，不让用户直接使用芯片原厂的 API，而是 Linux 的 API。第一层就是驱动工程师日常写的驱动啦。