需要了解Linux設備驅(qū)動之中斷處理

中斷（interrupt）是指CPU在執(zhí)行程序的過程中，出現(xiàn)了某些突發(fā)事件急待處理，CPU必須暫停執(zhí)行當前的程序，轉(zhuǎn)去處理突發(fā)事件，處理完畢后CPU又返回原程序被中斷的位置并繼續(xù)執(zhí)行。

中斷服務程序的執(zhí)行并不存在于進程上下文，因此，要求中斷服務程序的時間盡可能地短。因此，Linux在中斷處理中引入了頂半部和底半部分離的機制。頂半部處理緊急的硬件操作，底半部處理不緊急的耗時操作。
tasklet和工作隊列都是調(diào)度中斷底半部的良好機制，tasklet基于軟中斷實現(xiàn)，原子操作，速度快，常用，但不可阻塞或睡眠。

中斷分類

根據(jù)中斷的來源，可分為內(nèi)部中斷和外部中斷

內(nèi)部中斷的中斷源來自CPU內(nèi)部（軟件中斷指令、溢出、除法錯誤等，例如，操作系統(tǒng)從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)需借助CPU內(nèi)部的軟件中斷），外部中斷的中斷源來自CPU外部，由外設提出請求。

根據(jù)中斷是否可以屏蔽分為可屏蔽中斷與不屏蔽中斷（NMI）

可屏蔽中斷可以通過屏蔽字（MASK）被屏蔽，屏蔽后，該中斷不再得到響應，而不屏蔽中斷不能被屏蔽。

根據(jù)中斷入口跳轉(zhuǎn)方法的不同，分為向量中斷和非向量中斷

采用向量中斷的CPU通常為不同的中斷分配不同的中斷號，當檢測到某中斷號的中斷到來后，就自動跳轉(zhuǎn)到與該中斷號對應的地址執(zhí)行。不同中斷號的中斷有不同的入口地址。非向量中斷的多個中斷共享一個入口地址，進入該入口地址后再通過軟件判斷中斷標志來識別具體是哪個中斷。也就是說，向量中斷由硬件提供中斷服務程序入口地址，非向量中斷由軟件提供中斷服務程序入口地址。

Linux中斷處理（Interrupt Handling）架構(gòu)

設備的中斷會打斷內(nèi)核中進程的正常調(diào)度和運行，系統(tǒng)對更高吞吐率的追求勢必要求中斷服務程序盡可能的短小精悍。為了在中斷執(zhí)行時間盡可能短和中斷處理需完成大量工作之間找到一個平衡點， Linux 將中斷處理程序分解為兩個半部：頂半部（top half）和底半部（bottom half）。

top half

頂半部完成盡可能少的比較緊急的功能，它往往只是簡單地讀取寄存器中的中斷狀態(tài)并清除中斷標志后就進行“登記中斷”的工作。“登記中斷”意味著將底半部處理程序掛到該設備的底半部執(zhí)行隊列中去。這樣，頂半部執(zhí)行的速度就會很快，可以服務更多的中斷請求。軟件上一般采用handler中斷響應程序?qū)崿F(xiàn)。

bottom half

底半部由頂半部調(diào)度而來進行延后處理，幾乎做了中斷處理程序所有的事情，而且可以被新的中斷打斷，這也是底半部和頂半部的最大不同，因為頂半部往往被設計成不可中斷。底半部則相對來說并不是非常緊急的，而且相對比較耗時，不在硬件中斷服務程序中執(zhí)行。軟件上一般采用tasklet或工作隊列機制。

Tip:盡管頂半部、底半部的結(jié)合能夠改善系統(tǒng)的響應能力，但是，僵化地認為?Linux 設備驅(qū)動中的中斷處理一定要分兩個半部則是不對的。如果中斷要處理的工作本身很少，則完全可以直接在頂半部全部完成。

Linux中斷編程

申請和釋放（Installing an Interrupt Handler）

#include int /* 返回 0 -- OK, -EINVAL -- irq/handler invalid, -EBUSY -- 中斷被占用不能共享 */ request_irq( unsigned int irq, /* 要申請的硬件中斷號 */ irq_handler_t handler, /* 向系統(tǒng)登記的中斷處理函數(shù)（頂半部）*/ unsigned long flags, /* 中斷處理的屬性，可以指定中斷的觸發(fā)方式以及處理方式等 */ const char *devname, /* used in /proc/interrupts */ void *dev_id /* 傳遞給handler的參數(shù) */ ); void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);

Tip: 如果中斷確定不被共享可將其安裝在初始化中，否則應安裝在打開函數(shù)中。interrupt.h有irq_handler_t的定義及flags的詳細注釋

使能和屏蔽 （Enabling and Disabling Interrupts）

Disabling a single interrupt

#include /* disable并等待指定的中斷被處理完，如果調(diào)用線程占有interrupt handler需要的資源如spinlock那么就會死鎖 */void disable_irq(int irq); /* disable并立即返回，有可能產(chǎn)生競態(tài) */void disable_irq_nosync(int irq);void enable_irq(int irq);

Disabling all interrupts

#include void local_irq_save(unsigned long flags); /* save flags then disable local all */void local_irq_disable(void); /* disable local all directly */void local_irq_restore(unsigned long flags);void local_irq_enable(void);

底半部機制

tasklet

void my_tasklet_func(unsigned long); /*定義一個處理函數(shù)*//* 定義一個tasklet結(jié)構(gòu)my_tasklet，并與my_tasklet_func(data)處理函數(shù)相關聯(lián) */DECLARE_TASKLET(my_tasklet, my_tasklet_func, data);/* 在需要調(diào)度tasklet的時候引用一個tasklet_schedule()函數(shù)就能使系統(tǒng)在適當?shù)臅r候進行調(diào)度運行 一般在top half即中斷響應函數(shù)中調(diào)用 */tasklet_schedule(&my_tasklet);

工作隊列（workqueues）
與tasklet類似：

void my_wq_func(unsigned long); /*定義一個處理函數(shù)*/struct work_struct my_wq; /*定義一個工作隊列*//* 初始化工作隊列并將其與處理函數(shù)綁定 */INIT_WORK(&my_wq, (void (*)(void *)) my_wq_func, NULL);schedule_work(&my_wq);/*調(diào)度工作隊列執(zhí)行*/

Tip: tasklet在中斷上下文中執(zhí)行，不可阻塞或睡眠；而workqueues由內(nèi)核線程去執(zhí)行，屬進程上下文，可阻塞和睡眠。

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