<<Linux内核设计与实现>>读书笔记（七）－中断处理

中断处理一般不是纯软件来实现的，需要硬件的支持．通过对中断的学习有助于更深入地了解系统的一些底层原理，特别是驱动程序的开发．

主要内容：

• 什么是中断
• 中断类型
• 中断相关函数
• 中断处理机制
• 中断控制方法
• 总结

１．什么是中断

为了提高CPU和外围硬件(硬盘，键盘，鼠标等等)之间协同工作的性能，引入了中断的机制．

没有中断的话，CPU和外围设备之间协同工作可能只有轮询这个方法：CPU定期检查硬件状态，需要处理时就处理，否则就跳过．

当硬件忙碌的时候，CPU很可能会做许多无用功(每次轮询都是跳过不处理)．

中断机制是硬件在需要的时候向CPU发出信号，CPU暂时停止正在进行的工作，来处理硬件请求的一种机制．

２．中断类型

中断一般分为异步中断(一般由硬件引起)和同步中断(一般由处理器本身引起)．

异步中断：CPU处理中断的时间过长，所以先将硬件复位，使硬件可以继续自己的工作，然后在适当的时候处理中断请求中耗时的部分．

举个例子：网卡的工作原理

1. 网卡收到数据包后，向CPU发出中断信号，请求处理接收到的数据包
2. CPU将收到的数据包拷贝到内存后，即通知网卡继续工作
3. 至于数据包拷贝至内存后的处理会在适当的时候进行

这样做避免了处理数据包时间过长导致网卡接收数据包速度变慢．

同步中断：CPU处理完中断请求的所有工作后才反馈硬件

举个例子：系统异常处理(比如运算中的除0操作)

1. 应用程序出现异常后，需要内核来处理
2. 内核调度相应的异常处理函数老处理异常
3. 处理完后终了应用程序或者给出message

同步中断应该处理很快能完成的一种中断．

３．中断相关函数

实现一个中断，主要需要知道３个函数：

• 注册中断的函数
• 释放中断的函数
• 中断处理程序的声明

3.1 注册中断的函数

位置：

/* * irg     - 表示要分配的中断号 * handler - 实际的中断处理程序 * flags   - 标志位，表示此中断的具有特性 * name    - 中断设备名称的ASCII 表示，这些会被/proc/irq和/proc/interrupts文件使用 * dev     - 用于共享中断线，多个中断程序共享一个中断线时(共用一个中断号)，依靠dev来区别各个中断程序 * 返回值： * 执行成功：0 * 执行失败：非0 */int request_irq(unsigned int irq,                irq_handler_t handler,                unsigned long flags,                const char* name,                void *dev)

3.2 释放中断的函数

定义比较简单：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev)

如果不是共享中断线，则直接删除irq对应的中断线

如果是共享中断线，则判断此中断处理程序是否是中断线上的最后一个中断处理程序

　　是最后一个中断处理程序 -> 删除中断线和中断处理程序
　　不是最后一个中断处理程序 -> 删除中断处理程序

3.3 中断处理程序的声明

声明格式如下：

/*  * 中断处理程序的声明 * @irp  - 中断处理程序(即request_irq()中handler)关联的中断号 * @dev  - 与 request_irq()中的dev一样，表示一个设备的结构体 * 返回值： * irqreturn_t -  执行成功：IRQ_HANDLED  执行失败：IRQ_NONE */static irqreturn_t intr_handler(int, irq, void *dev)

４. 中断处理机制

中断处理的过程主要设计３函数：

• do_IRQ与体系结构有关，对所接收的中断进行应答
• handle_IRQ_event 调用中断线上所有中断处理
• ret_from_intr 恢复寄存器，将内核恢复到中断前的状态

处理流程可以参见书中的图，如下：

５. 中断控制方法

常用的中断控制方法间下表

函数 说明 local_irq_disable() 禁止本地中断传递 local_irq_enable() 激活本地中断传递 local_irq_save() 保存本地中断传递的当前状态，然后禁止本地中断传递 local_irq_restore() 恢复本地传递到给定的状态 disable_irq() 禁止给定中断线，并确保该函数返回之前在该中断线上没哟处理程序在运行 disable_irq_nosync() 禁止中断线 enable_irq() 激活给定中断线 irqs_disabled 如果本地中断传递被禁止，则返回非0；否则返回0 in_interrupt() 如果在中断上下文中(包括底半部和硬件中断处理过程)，则返回非0；如果不在进程上下文，则返回0 in_irq() 如果当前在硬件中断上下文，则返回非0；否则返回0

总结

中断处理对处理时间的要求很高，如果一个中断要花费较长时间，那么中断处理一般分为２部分．

上半部只做一些必要的工作后，立即通知硬件继续自己的工作．

中断处理中耗时的部分，也就是下半部的工作，CPU会在适当的时候去完成．