嵌入式Linux设备驱动开发笔记（三）

一、中断源和中断号

中断是硬件通过硬件电路产生的，因此，如果一个外设没有独立的中断线，也就不能产生中断。

中断控制器的工作是收集硬件产生的中断，然后根据预先设定好的优先级依次提交给cpu。
对arm处理器来说，中断控制器的发展经历了3个阶段：
PIC (Programmable Interrupt Controller)
VIC (Vector Interrupt Controller)
GIC (General Interrupt Controller)

中断源: 是硬件概念；中断号: 是软件概念，从0开始依次向后排。在linux内核中中断号和中断源有一定的对应关系。每种不同处理器的中断源都不一样，从中断源到中断号的转换方式也不一样。中断号都定义在“mach/irqs.h”中，可以用两种不同的方法来查找中断号：

(1)芯片内部的外设
首先明确设备的名字，然后利用名字匹配，自行在irqs.h中找到对应的中断号；
比如看门狗设备对应的中断号为IRQ_WDT, rtc硬件对应的为IRQ_RTC_ALARAM/IRQ_RTC_TIC。

(2)芯片外部连接的设备
由于设备的中断引脚通常都连接到GPIO，因此可以利用GPIO号来找到中断号：中断号 = gpio_to_irq(GPIO号)

在注册中断处理函数时，可以用如下方式包含该头文件，并引用其中的宏：

#include <mach/irqs.h>

二、Linux的中断处理

（1）核心结构体

A、irq_desc

定义在“linux/irqdesc.h”
对应一个中断号。linux内核在启动时分配了一个irq_desc的数组，数组中共有NR_IRQS个成员。每个irq_desc中记录对应中断的各类信息，比如中断的处理函数，中断的发生次数等。
irq_desc由内核负责准备。

B、irqaction

定义在“linux/interrupt.h”
每个irqaction用于封装一个中断处理函数。结构体由驱动人员负责分配。
irqaction中包含中断号；中断处理函数指针；中断的执行标志；中断名等

C、irq_handler_t

定义在“linux/interrupt.h”，如下：

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

中断处理函数类型，中断处理函数由驱动负责实现，记录在irqaction中。
irqreturn_t只有两个值，IRQ_NONE/IRQ_HANDLED。如果中断不是由本设备引起的，则返回IRQ_NONE，否则返回IRQ_HANDLED。
函数参数irq为中断号，void *为传递给中断处理函数的参数，对应irqaction->dev_id。

（2）中断处理函数

驱动人员在设计中断处理函数时，要遵循的要求是：
A、可嵌套不可重入
B、不能睡眠
C、如果硬件有中断的状态寄存器，软件要负责清除中断的标志位。一般来说，如果不清除标志位，设备无法再次产生中断。

kzalloc(size, GFP_KERNEL); //可能睡眠kzalloc(size, GFP_ATOMIC); //不会睡眠

D、中断处理函数的注册和注销

#include <linux/interrupt.h>#include <mach/irqs.h> //片内外设#include <linux/gpio.h> //片外外设#include <mach/gpio.h>//确定中断号#define KEY_IRQ     gpio_to_irq(gpio号);//中断处理函数static irqreturn_t key_service(int irq, void *dev_id){    //根据硬件及软件的相关要求完成工作    ...    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;}//注册中断处理函数，必须检查返回值//request_irq内部会分配并初始化irqaction//如果是内部设备产生的中断，一般不需要共享，也不用配置IO，则flags可以为0u32 flags = IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING;int ret;ret = request_irq(KEY_IRQ, /* 中断号 */                  key_service, /* 中断处理函数 */                  flags, /* 中断的标志 */                  "xxx", /* 中断处理函数的名字 */                  dev_id);//最后的参数dev_id为传给中断处理函数的参数，一般会设置为私有结构体的指针，不能为NULL。实际上，如果是非共享的中断，dev_id可以为NULL。if (ret) {    printk("Cannot register interrupt handler\n");    return -1;}//注销中断处理函数free_irq(irq, dev_id);//参数为中断号和dev_id。dev_id一定要和request_irq中的最后一个参数一致。//可以人为关闭(mask)/打开某个中断:disable_irq(int irq);enable_irq(int irq);//上面的两个函数支持嵌套，也就是说，如果调用了3次disable_irq，需要enable_irq3次，才能真正使能中断，要确保先调用disable_irq，再调用enable_irq;//如果要屏蔽整个cpu的中断，可以用：local_irq_disable();local_irq_enable();

（3）中断下半部

A、下半部的含义

在进入中断处理函数前，会默认关闭本中断。对于某些要求迅速响应或数据吞吐量很大的中断，要考虑将中断处理函数的工作分为两个部分，分别称为中断的上半部和下半部。

下半部的实现有多种方法，包括softirq，tasklet和工作队列（work queue）。
对于驱动来说，只会使用tasklet和工作队列（work queue）。

可以打开或关闭本cpu的下半部：

local_bh_enable();local_bh_disable();

B、tasklet

tasklet特点
a、在上半部执行完后马上执行，但此时中断是全部打开的;
b、执行tasklet时内核仍处于中断上下文，因此不能睡眠;
c、tasklet的执行函数不会重入;
d、如果在tasklet的执行期间再次发生调度，第二次调度无效;

#include <linux/interrupt.h>//声明tasklet结构体struct tasklet_struct mytask;//tasklet的执行函数void bo_service(unsigned long data){    ...}   //上半部的执行函数irqreturn_t up_service(int irq, void *dev_id){    //首先完成和硬件交互之类的重要工作    //触发tasklet下半部    tasklet_schedule(&mytask);    或tasklet_hi_schedule(&mytask);    ...    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;}//初始化tasklettasklet_init(&mytask, bo_service, (unsigned long)dev);

C、工作队列（work queue）

工作队列特点
a、推后到进程上下文执行，此时中断是全部打开的;
b、执行work时处于进程上下文，因此可以睡眠;
c、work的执行函数不会重入;
d、如果在work的执行期间再次发生调度，第二次调度无效;

如果是redhat，则内核创建一组内核线程，名字为events/x，由该内核线程负责执行下半部函数；
x为cpu的编号，可以为0，1等；

如果是Android，则内核创建的内核线程名字为kworker/x:y
x是cpu编号，y应该是该cpu上的第几个内核线程；

#include <linux/interrupt.h>#include <linux/workqueue.h>//声明tasklet结构体struct work_struct mywork;//工作队列的执行函数void bo_service(struct work_struct *data){    ...}   //上半部的执行函数irqreturn_t up_service(int irq, void *dev_id){    //首先完成和硬件交互之类的重要工作    //默认情况下，上下半部在同一cpu上执行    //可以唤醒给定cpu上的线程执行下半部    //1代表cpu1，0代表cpu0    schedule_work(&mywork);    或schedule_work_on(1, &mywork);    ...    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;}//初始化工作队列INIT_WORK(&mywork, bo_service);//注册上半部ret = request_irq(KEY_IRQ, up_service, flags, "wq_test", &mywork);if (ret) {    printk("cannot request irq %d\n", KEY_IRQ);    return ret;}

工作队列的实现在“linux/workqueue.h”。