linux中断介绍(概念、顶半部和底半部、linux中断编程)

中断的概念:

指CPU在执行过程中&＃xff0c;出现某些突发事件急待处理&＃xff0c;CPU暂停执行当前程序&＃xff0c;转去处理突发事件,处理完后CPU又返回原程序被中断的位置继续执行.

中断的分类:

内部中断&＃xff1a;来自cpu内部&＃xff08;软件中断、cpu溢出、触发错误等&＃xff09;

外部中断&＃xff1a;来自cpu外部&＃xff0c;由外设触发

屏蔽中断和不可屏蔽中断

可屏蔽中断&＃xff1a;可以通过屏蔽字被屏蔽&＃xff0c;屏蔽后该中断不再触发响应

不可屏蔽中断&＃xff1a;中断无法被屏蔽

向量中断和非向量中断

向量中断&＃xff1a;cpu通常为不同中断分配不同中断号&＃xff0c;当检测到某中断号的中断到来后&＃xff0c;就自动跳转到与该中断好对应的地址执行

非向量中断&＃xff1a;多个中断共享一个向量地址&＃xff0c;进入该入口地址后再通过判断中断标志识别是哪个中断

也就是说向量中断由软件提供中断服务入口地址&＃xff0c;非向量中断由软件提供中断入口地址

定时器中断原理

定时器再硬件上也可以用作中断&＃xff0c;定时器接收一个时钟输入&＃xff0c;当时钟脉冲来时&＃xff0c;当前计数加1&＃xff0c;并和预先设置的计数比较&＃xff0c;如果相等&＃xff0c;证明计数周期满&＃xff0c;产生定时器中断&＃xff0c;并复位计数值

linux中断处理程序架构

设备的中断会打断内核中进程的调度和运行&＃xff0c;所以系统希望中断服务程序尽可能短小精悍&＃xff0c;但是实际上中断到来时要完成的工作并不会是短小的&＃xff0c;可能包含大量的耗时处理&＃xff0c;为了平衡这2个要求&＃xff0c;把中断分为2个半部

linux将中断分为&＃xff1a;顶半部和底半部

顶半部&＃xff1a;完成尽可能少的比较紧急的任务&＃xff0c;它往往只是简单的读取寄存器中的中断状态并清除中断标志后就进行

              ”登记中断“&＃xff08;也就是将底半部处理程序挂到设备的底半部执行队列中&＃xff09;的工作

特点&＃xff1a;响应速度快

底半部&＃xff1a;中断处理的大部分工作都在底半部&＃xff0c;它几乎做了中断处理程序的所有事情、

特点&＃xff1a;处理相对不是非常紧急的事情

那么对于一个中断&＃xff0c;如何划分上下两部分呢&＃xff1f;哪些处理放在上半部&＃xff0c;哪些处理放在下半部&＃xff1f;

1、任务对时间十分敏感&＃xff0c;放上半部

2、任务和硬件相关&＃xff0c;放上半部

3、任务需要保证不被其他中断打断&＃xff0c;放上半部

4、其他所有任务放下半部

中断基础概念介绍完了&＃xff0c;接下来介绍linux中断编程

linux中断编程

1、申请中断

/*
irq&＃xff1a;要申请的中断号
handler&＃xff1a;向系统登记的中断处理程序(顶半部)&＃xff0c;是一个回调函数&＃xff0c;中断发生时&＃xff0c;系统调用它&＃xff0c;将dev_id参数传递 给它
irqflags&＃xff1a;中断处理的属性,可以指定中断的触发方式和处理方式触发方式:IRQF_TRIGGER_RISING、IRQF_TRIGGER_FALLING、IRQF_TRIGGER_HIGH、IRQF_TRIGGER_LOW处理方式:IRQF_DISABLE表明中断处理程序是快速处理程序&＃xff0c;快速处理程序被调用时屏蔽所有中断IRQF_SHARED表示多个设备共享中断
devname&＃xff1a;设置中断名称&＃xff0c;通常是设备驱动程序的名称 在cat /proc/interrupts中可以看到此名称
dev_id&＃xff1a;中断共享时会用到&＃xff0c;一般设置为NULL返回值: 为0表示成功&＃xff0c;返回-EINVAL表示中断号无效&＃xff0c;返回-EBUSY表示中断已经被占用&＃xff0c;且不能共享
*/
int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler, unsigned long irqflags,const char *devname,void *dev_id)

2、释放中断

void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);

3、使能和屏蔽中断

void disable_irq(int irq); //等待目前中断处理完成(最好别在顶板部使用&＃xff0c;你懂得)
void disable_irq_nosync(int irq); //立即返回
void enable_irq(int irq);//

4、屏蔽本CPU内所有中断

#define local_irq_save(flags) //禁止中断并保存状态
void local_irq_disable(void); //禁止中断&＃xff0c;不保存状态

下面来分别介绍一下顶半部和底半部的实现机制

底半部机制&＃xff1a;底半部机制主要有tasklet、工作队列和软中断

一、底半部实现方法之1---tasklet

1、我们需要定义tasklet机器处理器并将两者关联

例如:

void my_tasklet_func(unsigned long);/*定义一个处理函数*/

DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_func,data);

/*上述代码定义了名为my_tasklet的tasklet并将其余

my_tasklet_func()函数绑定&＃xff0c;传入的参数为data*/

2、调度

tasklet_schedule(&my_tasklet);

//使用此函数就能在是当的时候进行调度运行

/*tasklet使用模板*/

/*定义tasklet和底半部函数并关联*/
void xxx_do_tasklet(unsigned long);
DECLARE_TASKLET(xxx_tasklet,xxx_do_tasklet,0);/*中断处理底半部*/
void xxx_do_tasklet(unsigned long){...}/*中断处理顶半部*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq,void *dev_id){...tasklet_schedule(&xxx_tasklet); //调度底半部...}/*设备驱动模块加载函数*/
int __init xxx_init(void){.../*申请中断*/result &＃61; request_irq(xxx_irq, xxx_interrupt, IRQF_DISABLED,"xxx",NULL);...return IRQ_HANDLED;}/*设备驱动模块卸载函数*/
void __exit xxx_exit(void){.../*释放中断*/
free_irq(xxx_irq,xxx_interrupt);...}

二、底半部实现方法之2---工作队列

使用方法和tasklet类似

相关操作:

struct work_struct my_wq;    /*定义一个工作队列*/

void my_wq_func(unsigned long);/*定义一个处理函数*/

通过INIT_WORK()可以初始化这个工作队列并将工作队列与处理函数绑定

INIT_WORK(&my_wq,(void (*)(void *))my_wq_func,NULL);

/*初始化工作队列并将其与处理函数绑定*/

schedule_work(&my_wq);/*调度工作队列执行*/

/*工作队列使用模板*/

/*定义工作队列和关联函数*/
struct work_struct(unsigned long);
void xxx_do_work(unsigned long);/*中断处理底半部*/
void xxx_do_work(unsigned long)
{
...
}/*中断处理顶半部*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq,void *dev_id)
{
...schedule_work(&my_wq); //调度底半部
...return IRQ_HANDLED;
}/*设备驱动模块加载函数*/
int xxx_init(void)
{
.../*申请中断*/result &＃61; request_irq(xxx_irq, xxx_interrupt, IRQF_DISABLED,"xxx",NULL);
.../*初始化工作队列*/INIT_WORK(&my_wq,(void (*)(void *))xxx_do_work,NULL);
}/*设备驱动模块卸载函数*/
void xxx_exit(void)
{
.../*释放中断*/free_irq(xxx_irq,xxx_interrupt);
...
}

三、底半部实现方法之2---软中断

中断是一组静态定义的下半部接口&＃xff0c;有 32 个&＃xff0c;可以在所有处理器上同时执行&＃xff0c;类型相同也可以&＃xff1b;在编译时静态注册。
软中断的相关函数&＃xff1a;

• 注册软中断 open_softirq
• 触发软中断 raise_softirq
• 执行软中断 do_softirq

各种机制的比较

下半部	上下文	顺序执行保障
软中断	中断	随意&＃xff0c;同类型都可以在不同处理器同时执行&＃xff0c;一般给对时间要求严格的下半部使用
tasklet	中断	同类型不能同时执行
工作队列	进程	不保障&＃xff0c;可能被调度和抢占

  

中断共享

中断共享是指多个设备共享一根中断线的情况

中断共享的使用方法:

(1).在申请中断时&＃xff0c;使用IRQF_SHARED标识

(2).在中断到来时&＃xff0c;会遍历共享此中断的所有中断处理程序&＃xff0c;直到某一个函数返回

IRQ_HANDLED&＃xff0c;在中断处理程序顶半部中&＃xff0c;应迅速根据硬件寄存器中的信息参照dev_id参数&＃xff0c;判断是否为本设备的中断&＃xff0c;若不是立即返回IR1_NONE

/*共享中断编程模板*/

/*中断处理顶半部*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs)
{
...int status &＃61; read_int_status();/*获知中断源*/if(!is_myint(dev_id,status))/*判断是否为本设备中断*/return IRQ_NONE;/*不是本设备中断&＃xff0c;立即返回*//*是本设备中断,进行处理*/
...
return IRQ_HANDLED;/*返回IRQ_HANDLER表明中断已经被处理*/}/*设备模块加载函数*/
int xxx_init(void)
{
.../*申请共享中断*/result &＃61; request_irq(sh_irq, xxx_interrupt, IRQF_SHARE,"xxx", xxx_dev);
...
}/*设备驱动模块卸载函数*/
void xxx_exit()
{
.../*释放中断*/free_irq(xxx_irq,xxx_interrupt);
...
}