Linux内核中断处理机制

<什么是中断>

计算停下当前处理任务，并保存现场，转而去处理其他是任务，当完成任务后再回到原来的任务中去。

<中断的分类>

a:软中断

    软中断时执行中断指令产生的，软中断不用施加中断请求信号，因此中断的产生的不是随机的而是由程序安排的。内核线程是实现软中断的助手。

b:硬中断

    硬中断时由外部硬件产生的，具有随机性。

 

<中断的实现>

int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long intflags,const char devname, void *dev_id)

解释：

irq:申请的中断号。

handler:中断处理函数指针

irqflags:中断处理属性，与上半段和下半段有关系

devname:中断设备名字

dev_id:与共享中断号有关系。

注：该函数的主要作用是在内核中的一个重要的结构体"irq_desc"中注册中断号与对应的中断处理函数。

 

<释放中断线>

void free_irq(unsigned int irq ,void dev_id);

注：一般操作硬件的端口都会调用ioremap()函数，该函数用来将计算实际的物理地址映射成虚拟地址，这样系统才能访问。

 

<中断处理机制之上半部分和下半部>

a:Linux中中断处理是一种很霸道的东西，只要没有屏蔽中断，CPU就会立即相应。为了加开处理的数据，Linux中通常将 中断处理中的硬件相关的操作放在上半部分，耗时的操作放在下半部分——linux 内核一般将中断处理分为两不份：上半部（top_half）和下半部（bottom_half）。

b:上半部分

    一般调用中断处理函数，一进入中断处理函数就是进行相应的硬件操作，这些都是放在上半部分。然后将耗时的操作放在下半部分中。

c:下半部分

Linux中实现下半部分的处理有：softirq机制，tasklist机制（小任务片段），workqueue机制

----tasklet将任务延迟到安全时间执行，每个tasklet都和一个函数相关联，当tasklet运行时，

----该函数就被调用，并且tasklet可以调度自己。

d:Tasklet的实现

(1)定义一个处理函数:

void tasklet_func(unsigned  long);

定义一个tasklet结构my_tasklet与tasklet_func(data)函数关联

struct tasklet_struct  my_tasklet;

DECLARE_TASKLET(my_tasklet,tasklet_func,data);

调度tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

e:工作队列和下半部处理

工作队列使用方法和tasklet非常相似

(1)定义一个工作队列:

(2)struct work_struct  my_wq;

定义一个处理函数

void my_wq_func(struct work_struct  *work);

(3)初始化工作队列并将其处理函数绑定

INIT_WORK(&my_wq,my_wq_func);

(4)调度工作队列执

行

schedule_work(&my_wq);//该函数将其提交给内核默认工作者队列线程

queue_work();//该函数会将其提交给专用的工作者线程（可以是自己定义的）

f:Tasklet和工作队列的区别

(1)tasklet工作在中断上下文

(2)工作队列工作在进程上下文

(3)tasklet处理函数中不能睡眠

(4)工作队列中允许有睡眠

 

注：软中断和tasklet

(1)软中断定义

struct softirq_action｛

Void(*action)(struct softirq_action *)

｝

并且当前内核中的软中断总数固定为32个，由数组Static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS]来表示。

目前只用到了其中的9个。包括定时器、网络、tasklet等。一旦有软中断产生就会查询soft_vec[]看查看哪个软中断被挂起了。然后执行：

h=softirq_vec;

h->action(h) ;//执行对应的软中断action函数。

（2）软中断的使用

open_softirq()挂起软中断处理函数：

open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ,tasklet_action);//tasklet_action位软中断处理函数

（3）触发软中断

rase_softirq(TASKLET_SOTFIRQ);//处理器就会在适当的时候执行软中断处理函数tasklet_action

总结：tasklet(小任务)是对软中断的一种个封装。

 

linux 驱动中的中断处理程序：

当发生中断的时候，无论是裸机程序还是Linux系统都会有一个统一的入口.

裸机中的中断入口是代码：ldr pc,_irq;

linux 系统中的统一入口：irq_svc

 

向Linux系统注册中断处理程序想:

requst_irq(unsigned int irq ,void(*handler)(int ,void *,struct pt_regs*),unsigned long flags,const char *devname ,void *dev_id )

 

参数分析：

unsigned long flags:参数还是一个宏，用于决定是快速中断还是慢速中断，或者表明该中断是多少个设备共享。

unsigned int irq:

 

向Linux系统注销中断处理程序：

void free_irq(unsigned int irq ,void *dev_id)

 

参数分析：

int irq：中断号，注意这里的中断号和裸机中的中断号有一定的不同，因为系统预留了16个的软中断号，所以硬件中断号需要加上16，系统通过中断号找到相应的描述符表，在描述符表中找到相应个处理函数。

 

dev_id：对于共享中断号的设备，需要提供相应的中断号才能准确的注销掉。

 

中断嵌套：

为了解决中断处理速度，Linux中将硬件处理函数和非硬件处理函数进行了分开，将非硬件操作放到工作队列中。

 

注意：工作队列中的结构体数组名都是使用一个struct 在后面

定义和描述中断队列：

struct workqueue_struct {

struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;

struct list_head list;

const char *name; /*workqueue name*/

int singlethread;

int freezeable; /* Freeze threads during suspend */

int rt;

}

 

定义和描述一个工作：

struct work_struct {

atomic_long_t data;

struct list_head entry;

work_func_t func;

};

 

创建一个工作队列：
srtuct workqueue_struct * =create_workqueue(“workqueue_name”)

 

初始化工作：

INIT_WORK(struct work_struct *,func)

注意：创建工作实质是将创建的工作和相应的操作函数关联起来

 

向Linux系统提交工作

queue_work(struct workqueue_struct , func)

 

 

在大多数情况下，并把需要定义工作队列，Linux内核中已经有一个默认的工作队列keventd_wq，所以只需要创建工作,并初始化工作。

 

提交默认工作队列：

schedule_work()

 

 

按键去抖之内核定时器：

 

定义并描述定时器：

struct timer_list {

struct list_head entry;

unsigned long expires;

void (*function)(unsigned long);

unsigned long data;

struct tvec_base *base;

};

 

初始化定时器：

init_timer(struct list_timer * keytimer)

keytimer.function = key_timerfunc()

 

找一个地方定义timerfunc()

 

想Linux注册定时器：

add_timer(struct timer_list *)

 

启动定时器：

mod_timer(struct list_timer * ,jiffes+Hz/2)

 

 

阻塞型驱动：

背景：

当计算机驱动访问一个硬件的时候发现访问条件不满足，称之为阻塞，这时就需要将该驱动放入到等待队列中。

 

定义等待队列：

wait_queue_head_t  my_queue

初始化等待队列：  

init_waitqueue_head( wai_queue_head_t* )

 

备注：定义并初始化等待队列

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue_head_t  my_queue)

 

进入等待队列：

wait_event(queue,condition)  //TASK_UNINTERRUPT 模式

 

wait_event_interrupt(queue,condition)//TASK_INTERRUPT  模式

 

 

int wait_event_killable(queue,condition) //TASK_KILLABLE 模式

 

函数分析：

以上两个函数，在条件满足时，直接返回，并继续执行相应的下面的程序，当条件不满足时则挂载到等待队列中，知道被唤醒。

 

唤醒等待队列：

wake_up(wait_queue_t *q)  //从等待队列中唤醒，所有TASK_UNINTERRUPT ,TASK_INTERRUPT ,TASK_KILLABLE 状态的所有进程。

 

wake_up_intterruptible(wait_queue_t *q)//从等待队列q中唤醒状态仅为INTERRUPTIBLE 状态的队列。

 

 

 

 

设备驱动在内存中开辟内存：

kmalloc()

注意：该函数返回的是物理地址

 

释放内存：

kfree()

 

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