ARM Linux驱动调试实战：GIC中断映射与Ftrace/KProbes工具详解

在 ARM 架构的Linux系统中，中断处理是一个核心机制。作为所有设备中断汇聚到 CPU 的枢纽，GIC (Generic Interrupt Controller) 负责接收来自外设的中断信号，进行优先级排序，并转发到合适的 CPU 核，以实现负载均衡。

Linux 内核通过引入中断域 (Irq Domain) 的概念来抽象硬件差异，其核心职责是将硬件中断号（Hwirq）映射到内核管理的虚拟中断号（Virq）。开发者通常不需要直接编写 GIC 驱动，但深刻理解这一映射过程对于驱动开发和调试至关重要。

设备树（DTS）是描述这一映射关系的关键。设备节点通过 interrupts 属性，将其中断号和触发类型等信息传递给 GIC 驱动。

my_gpio_controller {
    // ...
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <2>; // 定义中断描述符的长度
    // ...
};

my_key_device {
    // 指定硬件中断号为 22，配置为高电平触发
    interrupts = <GIC_SPI 22 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
};

中断状态分析与优化

系统运行时，可以通过查看 /proc/interrupts 文件来监控中断在各个 CPU 核上的分配情况，这有助于诊断是否存在“中断热点”（即所有中断集中在一个CPU核上）。进一步的优化可以通过 Sysfs 接口实现，例如，设置 /proc/irq/<irq_num>/smp_affinity 可以手动将特定中断绑定到指定的 CPU 核，从而优化负载均衡。

进阶内核调试工具

当传统的 printk 和 dmesg 无法定位复杂问题时，就需要借助更强大的内核调试工具，例如 Linux 内核内置的 Ftrace 和 KProbes。

Ftrace (Function Tracer)
Ftrace 是侵入性极低的内核跟踪工具，广泛用于追踪系统调用和内核函数的执行路径、耗时以及中断延迟等。其控制接口位于 /sys/kernel/debug/tracing/ 目录下，常用于测量驱动函数的精确执行时间或追踪中断发生前后的内核活动。

一个典型的使用示例如下：

# 1. 启用 function_graph 追踪器（记录函数调用图）
echo function_graph > current_tracer

# 2. 设置过滤器，仅追踪特定驱动函数
echo 'my_driver_func*' > set_ftrace_filter

# 3. 开始追踪
echo 1 > tracing_on

# 4. 执行触发中断的测试动作（例如按下按键）

# 5. 停止追踪并查看结果
echo 0 > tracing_on
cat trace

KProbes (Kernel Probes)
KProbes 允许开发者在不重新编译内核的前提下，在内核的几乎任何指令处动态设置断点和探针，从而实现强大的调试能力。

• KProbe：在目标函数的入口处设置断点。
• JProbe（已逐渐被其他机制替代）：允许在探针回调函数中访问函数参数。
• KRetProbe：在目标函数返回时设置探针。

通过 KProbes，可以实现诸如打印特定变量值或修改函数行为等高级调试操作，为深入分析Linux 内核内部机制提供了可能。