linux中断控制之总章

程序运行期间，遇到某些特殊情况，需要CPU暂停当前正在执行的程序，转去处理突发事件，处理完后又返回原程序被中断的位置继续运行，这种情况就是中断。

中断源：引起中断的原因或发出中断请求的设备

中断服务程序：要处理的突发事件程序

中断的分类：

1.来源

    硬中断（外部中断）：通过外部设备接口，向CPU的中断请求引脚INT和NMI发中断请求产生

    软中断（内部中断）：CPU内部执行中断指令，或由运算溢出，TF（Trap Falg，每执行一条指令，自动产生一个内部中断去执行一个中断服务程序）标志而产生

2.可否能屏蔽

    可屏蔽中断（INT）

    不可屏蔽中断（NMI）

3.入口跳转

    向量中断：不同的中断分配不同的中断号，有不同的入口地址，硬件提供

    非向量中断：多个中断共享一个入口地址，再通过中断标志识别具体哪个中断，软件提供

中断程序架构

linux中断程序不一定要分为顶半部（tophalf）和底半部(bottom half)，通常为什么要分呢？

因为中断处理程序是在关掉其他所有中断的情况下进行，执行于硬件相关的处理要求快，而有些驱动在中断处理程序中又需要完成大量的工作，这就矛盾了。这需要在这两者间找到一个平衡点，所以分解为两个部分。

顶半部的功能是“登记中断”。顶半部尽可能快的完成比较急的功能，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进行“登记中断”即中断例程的底半部挂到该设备的底半部执行队列中去。这样顶半部执行的速度很快，能服务更多的中断请求。

底半部来完成中断事件的绝大多数使命。

顶半部与底半部最大的不同是，底半部是可中断的，顶半部不可中断。

顶半部机制

申请和释放中断函数request_irq() 和 free_irq() 

 

int request_irq(unsigned int irq, 

irq_handler_t handler,

unsigned long irqflags, 

const char * devname, 

void *dev_id); 

irq是要申请的硬件中断号。handler是向系统登记的中断处理函数。这是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，传入的参数包括硬件中断号，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq时传递给系统的参数dev_id。irqflags是中断处理的一些属性。比较重要的有标明中断处理程序是快速处理程序(设置IRQF_DISABLED)还是慢速处理程序(不设置IRQF_DISABLED)。快速处理程序被调用时屏蔽所有中断。慢速处理程序不屏蔽。还有一个IRQF_SHARED属性，设置了以后运行多个设备共享中断。dev_id在中断共享时会用到。一般设置为这个设备的 device结构本身或者NULL。

中断处理程序可以用dev_id找到相应的控制这个中断的设备，或者用irq2dev_map找到中断对应的设备。 

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

使能和屏蔽中断

void disable_irq(int irq)

void disable_irq_nosync(int irq)

void enable_irq(int irq)

disable_irq()和disable_irq_nosync()的区别在于，后者立即返回，而且前者等待目前的中断处理完成。

如果enable_irq()函数会引起系统死锁，这种情况下，只能使用disable_irq_nosync()

local_irq_save(flags)

local_irq_restore(flags)

注意：保存的是数值，不是指针，因为flags是unsigned long类型，所以这对中断函数要在同一个函数中使用

底半部机制

linux实现底半部的机制主要有软中断，工作队列，tasklet。

软中断： 

    1.软中断是在编译期间静态分配的

    2.最多可以有32个软中断

    3.软中断不会抢占另外一个软中断，唯一可以抢占软中断的是中断处理程序

    4.可以并发运行在多个CPU上（即使同一类型的也可以）。所以软中断必须设计为可重入的函数（允许多个CPU同时操作），因此也需要使用自旋锁来保护其数据结构

    5.目前只有两个子系直接使用软中断：网络和SCSI

    6.执行时间有：从硬件中断代码返回时、在ksoftirqd内核线程中和某些显示检查并执行软中断的代码中

tasklet： 

    1.tasklet是使用两类软中断实现的：HI_SOFTIRQ和TASKLET_SOFTIRQ

    2.可以动态增加减少，没有数量限制

    3.同一类tasklet不能并发执行

    4.不同类型可以并发执行

    5.大部分情况使用tasklet

工作队列：

    1.由内核线程去执行，换句话说总在进程上下文执行

    2.可以睡眠，阻塞

tasklet会在很短的时间内很快执行，并且以原子模式执行，而工作队列函数可以具有更长的延迟并且不必原子化

用例：

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

DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_func,data);     //定义一个tasklet结构my_tasklet，与my_tasklet_func(data)函数相关联

 ……

tasklet_schedule(&my_tasklet);    //调度tasklet

在linux中，可以查看系统中中断的统计信息

[wang@localhost kernel]$ cat /proc/interrupts 

           CPU0       

  0:       1238   IO-APIC-edge      timer

  1:      76229   IO-APIC-edge      i8042

  3:          8   IO-APIC-edge    

  4:     115306   IO-APIC-edge    

  7:          0   IO-APIC-edge      parport0

  8:         20   IO-APIC-edge      rtc0

  9:          0   IO-APIC-fasteoi   acpi

 12:     696238   IO-APIC-edge      i8042

 14:          0   IO-APIC-edge      ata_piix

 15:    2532908   IO-APIC-edge      ata_piix

 16:     348132   IO-APIC-fasteoi   Ensoniq AudioPCI

 17:     359979   IO-APIC-fasteoi   ehci_hcd:usb1, ioc0

 18:        248   IO-APIC-fasteoi   uhci_hcd:usb2

 19:       2183   IO-APIC-fasteoi   vmxnet ether

……

NMI:          0   Non-maskable interrupts

LOC:   20587881   Local timer interrupts

RES:          0   Rescheduling interrupts

CAL:          0   Function call interrupts

TLB:          0   TLB shootdowns

TRM:          0   Thermal event interrupts

SPU:          0   Spurious interrupts

ERR:          0

MIS:          0