Linux 驱动程序 中断管理

7.6.8 内核中断
## 中断处理首先，关于中断和异常的概念，可以参考我的博客，或者等后边的同学进行补充，我们不再这里赘述。我们尽可能的讨论一些进阶的东西。 ### /proc 接口 如图：我们可以在/proc/interrupts 中看到我们系统中安装的中断。  可以看到，我的电脑是有4个CPU ，其实是双核4线程，看来内核是以执行流的来作为CPU的计数标准。 第一列是IRQ中断号，最后一列是中断的名称，中间是每个CPU处理中断的计数。 我们可以发现即使我的个人PC并没有运行太多的服务和程序，但是CPU0明显还是处理的中断更多，这是LINUX内核为了最大化缓存的本地性质。 接着我们来看看/proc/stat 文件。 这个文件中记录的是系统活动的底层统计信息，包括从系统启动到现在系统接受的中断数量。 可以看到这是一个使用位图的表达方式。 ### 中断接口 请求中断线 && 中断描述符： ```/*** struct irqaction - per interrupt action descriptor* @handler: interrupt handler function* @name: name of the device* @dev_id: cookie to identify the device* @percpu_dev_id: cookie to identify the device* @next: pointer to the next irqaction for shared interrupts* @irq: interrupt number* @flags: flags (see IRQF_* above)* @thread_fn: interrupt handler function for threaded interrupts* @thread: thread pointer for threaded interrupts* @secondary: pointer to secondary irqaction (force threading)* @thread_flags: flags related to @thread* @thread_mask: bitmask for keeping track of @thread activity* @dir: pointer to the proc/irq/NN/name entry*/struct irqaction {irq_handler_t handler;void *dev_id;void __percpu *percpu_dev_id;struct irqaction *next;irq_handler_t thread_fn;struct task_struct *thread;struct irqaction *secondary;unsigned int irq;unsigned int flags;unsigned long thread_flags;unsigned long thread_mask;const char *name;struct proc_dir_entry *dir;} ____cacheline_internodealigned_in_smp;  static inline int __must_checkrequest_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,const char *name, void *dev){return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);} @irq             要申请的中断号@handler_t       安装处理中断的函数指针@flags           中断掩码@name            中断拥有者@dev             中断信号线 ``` #### 实现中断程序的几个简单要求 1.处理例程不能向用户空间发送或者接受数据，因为它不能再进程上下文中执行，处理过程也不能休眠。 2.不能调用schdule函数 #### 典型应用 如果中断通知进程所等待的事件已经发生，比如新数据到达，就会唤醒在该设备上休眠的进程。我们最好编写执行时间尽可能短的处理例程。如果需要长时间的计算任务最好的使用方法是tasklet 或者 工作队列在更加安全的时间计算。 ### 注册中断函数小测试 我们以共享形式在27号中断线设置一个中断处理函数，27号是PCI上的一个周期中断。代码在./code  中。 测试效果： 随着我们系统上27号中断线收到中断请求，我们注册的中断处理信息也被打印。此处是共享了中断线。 ### 中断线探测 此处，暂时不作为主要讨论内容，代后续补充，内核已经为我们提供了API。 以下一些材料来自内核源码，供读者参考。 ```/** Autoprobing for irqs:** probe_irq_on() and probe_irq_off() provide robust primitives* for accurate IRQ probing during kernel initialization.  They are* reasonably simple to use, are not "fooled" by spurious interrupts,* and, unlike other attempts at IRQ probing, they do not get hung on* stuck interrupts (such as unused PS2 mouse interfaces on ASUS boards).** For reasonably foolproof probing, use them as follows:** 1. clear and/or mask the device's internal interrupt.* 2. sti();* 3. irqs = probe_irq_on();      // "take over" all unassigned idle IRQs* 4. enable the device and cause it to trigger an interrupt.* 5. wait for the device to interrupt, using non-intrusive polling or a delay.* 6. irq = probe_irq_off(irqs);  // get IRQ number, 0=none, negative=multiple* 7. service the device to clear its pending interrupt.* 8. loop again if paranoia is required.** probe_irq_on() returns a mask of allocated irq's.** probe_irq_off() takes the mask as a parameter,* and returns the irq number which occurred,* or zero if none occurred, or a negative irq number* if more than one irq occurred.*/ #if !defined(CONFIG_GENERIC_IRQ_PROBE)static inline unsigned long probe_irq_on(void){return 0;}static inline int probe_irq_off(unsigned long val){return 0;}static inline unsigned int probe_irq_mask(unsigned long val){return 0;}```  ### 下半部处理机制 中断处理过程必须快速，但是我们很多时候需要一些执行时间较长的流程，为了解决这个问题，内核提供了下半部机制。 下半部机制唯一的不同，在于处理历程在执行的过程中，中断是打开的，可以继续响应中断，一共有两种实现方式，一个是tasklet 一个是工作队列。 #### tasklettasklet是中断处理下半部分最常用的一种方法，驱动程序一般先申请中断，在中断处理函数内完成中断上半部分的工作后调用tasklet。tasklet有如下特点： 1.tasklet只可以在一个CPU上同步地执行，不同的tasklet可以在不同地CPU上同步地执行。 2.tasklet的实现是建立在两个软件中断的基础之上的，即HI_SOFTIRQ和TASKLET_SOFTIRQ，本质上没有什么区别，只不过HI_SOFTIRQ的优先级更高一些 3.由于tasklet是在软中断上实现的，所以像软中断一样不能睡眠、不能阻塞，处理函数内不能含有导致睡眠的动作，如减少信号量、从用户空间拷贝数据或手工分配内存等。 4.一个 tasklet 能够被禁止并且之后被重新使能; 它不会执行直到它被使能的次数与被禁止的次数相同. 5.tasklet的串行化使tasklet函数不必是可重入的，因此简化了设备驱动程序开发者的工作。 6.每个cpu拥有一个tasklet_vec链表，具体是哪个cpu的tasklet_vec链表，是根据当前线程是运行在哪个cpu来决定的。 在CODE目录中，我们的tasklet 代码中，实现了一个简单的tasklet 程序。 效果如下： 可以看到中断被触发，但是并没有每次都执行我们的100次打印循环，进一步的你可以观察到，在执行100此打印的过程中，也会被打断。小心：你在实验的时候不要设置100次循环，找一个中断少点的中断线，不然容易挂，，，，哈哈哈。 ####  工作队列 linux的工作队列（workqueue）是另外一种将工作推后执行的形式，它和软中断、tasklet 这两种下半部机制都有不同。工作队列可以把工作推后，交由一个内核线程去执行，也就是说，这个下半部分可以在进程上下文中执行。这样，通过工作队列执行的代码能占尽进程上下文的所有优势。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。  

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