Linux中断及处理方式

Linux中断

中断

中断的处理

处理方式

1. 保护现场
2. 中断处理函数
3. 恢复现场

arm对中断的处理流程

1. 初始化

    a.设置中断源，使其可以产生中断
    b.设置中断控制器，是否屏蔽，优先级等属性
    c.使能中断

2. 执行其他程序
3. 产生中断
4. CPU检查异常，处理中断，不同的中断跳去不同的地址执行（中断也是一种异常，参考异常向量表）

Linux中断相关API

1. 中断号

每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中断线。在Linux内核中使用一个int变量表示中断号。

2. 申请中断

在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的，request_irq函数用于申请中断。

int request_irq(unsigned int irq,       /*中断号*/
                irq_handler_t handler,  /*中断处理函数*/
                unsigned long flags,    /*中断标志*/
                const char *name,       /*中断名称*/
                void *dev)/*dev用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体*/

常用的几个标志如下表： 更多请查看 /include/linux/interrupt.h 中相关宏定义

标志	描述
IRQF_SHARED	多个设备共享一个中断线，共享的所有中断都必须指定此标志。如果使用共享中断的话，request_irq函数的dev参数就是唯一区分他们的标志。
IRQF_ONESHOT	单次中断，中断执行一次就接触
IRQF_TRIGGER_NONE	无触发
IRQF_TRIGGER_RISING	上升沿触发
IRQF_TRIGGER_FALLING	下降沿触发
IRQF_TRIGGER_HIGH	高电平触发
IRQF_TRIGGER_LOW	低电平触发

3.释放中断

有申请就有释放

void free_irq(unsigned int irq, /*中断号*/
                void *dev)      /*使用共享中断号的话，dev区分具体设备*/

4. 中断处理函数

irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)

返回值为 irqreturn_t 的类型

enum irqreturn {
    IRQ_NONE = (0 << 0),
    IRQ_HANDLED = (1 << 0),
    IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
    };
 typedef enum irqreturn irqreturn_t;

一般中断服务函数返回值使用如下形式：
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLE);

5. 中断开关
   中断使能与禁止

void enable_irq(unsigned int irq);
void disable_irq(unsigned int irq);

全局中断开关

local_irq_enable();
local_irq_disable();

中断处理的原则

1. 中断不得嵌套，嵌套中断会导致保护现场的栈越来越多，最终爆炸
2. 中断处理函数时间越短越好，时间太长会导致其他线程不能运行，表先出来就是卡顿

然而，总有一些中断需要很长的时间的去处理，linux内核就引入了上半部和下半部的机制。

上半部：接受中断，它就立即开始执行，但只有做严格时限的工作。能够被允许稍后完成的工作会推迟到底半部去，此后，在合适的时机，底半部会被开终端执行。顶半部简单快速，执行时禁止一些或者全部中断。

下半部：上半部执行完毕后会将中断打开，然后随即执行下半部，下半部在先执行过程中是可以响应中断的。

上/下半部划分原则

• 如果一个任务对时间非常敏感，将其放在上半部中执行
• 如果一个任务和硬件有关，将其放在上半部中执行
• 如果一个任务要保证不被其他中断打断，将其放在上半部中执
• 其他所有任务，考虑放置在底半部执行

下半部实现和处理

• 软中断

建议使用tasklet

• tasklet

如果下半部处理的时间不太长，处于可以接受程度，可以使用tasklet处理下半部。tasklet是由软中断实现的。
软中断用轮询的方式处理。假如正好是最后一种中断，则必须循环完所有的中断类型，才能最终执行对应的处理函数。

tasklet在内核中的定义形式

struct tasklet_struct
{
 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
 atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
 }
 

步骤：

定义并初始化tasklet

void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, /*要初始化的tasklet*/
                void (*func)(unsigned long),/*tasklet执行的函数*/
                unsigned long data)         /*func的参数*/
                
也可以直接使用宏定义 定义并初始化tasklet
DECLARE_TASKLET(name, func, data)        
                

在中断处理函数上半部完成后调度tasklet

void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)；

• 工作队列

当下半部处理的时间相对较长时，可以采用工作队列的方式。中断处理在处理完上半部开放中断以后，下半部会被内核线程接管，参与线程调度。所以使用工作队列处理的下半部中可以有堵塞或者睡眠情况。

内核线程kwork会从工作队列work queue中取出一个个work去执行。 我们只需要将下半部处理函数，封装成work结构体并添加到work queue中即可。

Linux用 work_struct 来表示一个工作

struct work_struct {
    atomic_long_t data;
    struct list_head entry;
    work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
    };

创建并初始化一个工作

两种方式
struct work_struct testwork;
INIT_WORK(&testwork, testwork_func_t);

 #define DECLARE_WORK(work_struct, func)

和 tasklet 一样，工作也是需要调度才能运行的

bool schedule_work(struct work_struct *work);

• 新技术：threaded_irq

以前用work来线程化的处理内核，一个worker线程只能由一个CPU执行，在多cpu中凭什么让一个cpu处理所有的中断。
threaded_irq 可以为每一个中断创建一个内核进程，参与进程调度。

int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
			            irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
			            const char *devname, void *dev_id)

这个函数允许只提供一个 thread_fn 可以将 handler设置为NULL

当中断触发时，系统会为其创建内核线程，执行thread_fn。