Linux內(nèi)核外部中斷解析(下)

上篇文章我們從內(nèi)核工程師的角度剖析了內(nèi)核的外部中斷，這節(jié)我們從BSP工程師的角度剖析一下外部中斷。

外部中斷驅(qū)動架構(gòu)

HARDIRQ 部分：

也就是我們在上節(jié)內(nèi)容中看到的，調(diào)用BSP工程師注冊的handler的部分，它的上下文在中斷上下文中，所以不能做帶有"休眠"的動作。

SOFTIRQ 部分：

就是我們通常說的下半部分，通常作為BSP工程師要處理的詳細(xì)例程的地方。

BSP工程師外部驅(qū)動模板

上半部調(diào)用模板

/*中斷處理上半部分*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id) {   
   ...  
   /* 中斷處理下半部框架調(diào)用，常見的有下面幾種：
   * 1. tasklet 它的執(zhí)行額上下文是軟中斷，執(zhí)行時機(jī)通常是上半部返回時
   * 2. 工作隊列，與tasklet類似，但是工作隊列的執(zhí)行上下文是內(nèi)核線程，因此可以調(diào)度和睡眠。
   * 3. Softirq ，tasklet是基于softirq實現(xiàn)的，軟中斷屬于原子上下文的一種，因此函數(shù)不允許睡眠。
   * 4. 線程化的xxx_thread_fn， 它是基于內(nèi)核線程創(chuàng)建的，因此可以做休眠動作。
   */
   ...
   /*這個返回值很重要，決定了線程化時傳進(jìn)去的irq_handler_t thread_fn 是否會被調(diào)用
   * 可以參考上節(jié)課__handle_irq_event_percpu 函數(shù)中電信號處理完，調(diào)用完BSP工程師
   *handler后，判斷返回值的switch(第72行)里面執(zhí)行的case*/
   return IRQ_WAKE_THREAD; 
}
//線程化模板時，傳遞給額需要創(chuàng)建的內(nèi)核線程處理函數(shù)。即線程化的下半部。
irqreturn_t xxx_thread_fn(int irq, void *dev_id){   
    .....
}
 /*設(shè)備驅(qū)動加載模塊*/
 int __init xxx_init(void){      
     ...      
     /*申請中斷*/     
     result = request_irq(xxx_irq,xxx_interrupt,0,”xxx”,NULL);
     //或者使用線程化模板申請中斷,我們稍后通過剖析源代碼可知道 request_irq 與線程化的區(qū)別就是傳遞額xxx_thread_fn是否為空
     //result = request_threaded_irq(xxx_irq,xxx_interrupt,xxx_thread_fn,irqflag”xxx”,NULL);  
     ....
     return IRQ_HANDLERD;
 }
 /**設(shè)備驅(qū)動卸載模塊*/
 void __exit  xxx_exit(void){     
       ...
       /*釋放中斷*/
       free_irq(xxx_irq,xxx_interrupt);
 }

下半部調(diào)用模板

//工作隊列模板
struct work_struct xxx_wq;
void xxxx_do_work(struct work_struct *work);
/**中斷處理下半部*/void xxxx_do_work(struct work_struct *wkg){
  ...
}
/*中斷處理上半部分*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id){ 
   ...   
   schedule_work(&xxx_wq);   
   ...
}
/*設(shè)備驅(qū)動加載模塊*/
int __init xxx_init(void){ 
      ...      
      /*申請中斷*/     
      result = request_irq(xxx_irq,xxx_interrupt,0,”xxx”,NULL);     
      .....     
      /*初始化工作隊列*/     
      INIT_WORK(&xxx_wq,xxx_do_work);   
      return IRQ_HANDLERD;
 }

//tasklet模板
void xxx_do_tasklet(unsigned long);
DECLARE_TASKLET(xxx_tasklet,xxx_do_tasklet,0);
/**中斷處理下半部*/
void xxx_do_tasklet(unsigned long){  
  ...
}
/*中斷處理上半部分*/
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id){
   ...
   tasklet_schedule(&xxx_tasklet);
   ...
}

ISR安裝過程

ISR注冊過程實質(zhì)就是如何和我們上節(jié)內(nèi)容中irq_descs[] 數(shù)組中對應(yīng)的irqdesc中的action建立數(shù)據(jù)關(guān)系。

//include/linux/interrupt.h
//線程化直接調(diào)用的方法，request_irq 也是封裝了該方法，
extern int __must_check request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, irq_handler_t thread_fn,unsigned long flags, const char *name, void *dev);


//driver 上半部注冊函數(shù)， 通過該函數(shù)，驅(qū)動程序中安裝一個設(shè)備中斷服務(wù)例程。
//handler就是我們通常說的ISR例程。ISR由驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)，即BSP工程師實現(xiàn)。
static inline int __must_check request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev){  
    //封裝了request_threaded_irq，內(nèi)核線程函數(shù)為null
    return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
}


//irq/manage.c
int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,  irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,const char *devname, void *dev_id){ 
     ....      
     desc = irq_to_desc(irq);//關(guān)鍵函數(shù)，通過irq查詢irq_desc， 就是上節(jié)內(nèi)容中看到的內(nèi)核中維護(hù)irq_desc數(shù)組      
     ....      
     if (!handler) {          
           if (!thread_fn)                    
                 return -EINVAL; 
           //當(dāng)為線程化時，如果上半部handler為null時，系統(tǒng)會默認(rèn)給一個函數(shù)，返回的值就是IRQ_WAKE_THREAD，調(diào)用起線程化的下半部內(nèi)核函數(shù)       
           handler = irq_default_primary_handler;
    }
     ...
     action = kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);      
     ....
     /*通過request_irq API的，這個默認(rèn)為NULL， 如果是線程化，這個值可能不為NULL，handler的返回值會決定thread_fn是否會調(diào)用到，參見上一節(jié)*soc視角中__handle_irq_event_percpu中switch case IRQ_WAKE_THREAD的處理*/       
     action- >handler = handler; 
     action- >thread_fn = thread_fn;      
     ....     
     /*構(gòu)建的關(guān)鍵*/      
     retval = __setup_irq(irq, desc, action);  
     ....
}


//irq/manage.c
static int__setup_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc, struct irqaction *new){     
    ...... //flag 等各種檢查合法性  
    /*線程化時模板中,傳入的thread_fn, 這里創(chuàng)建內(nèi)核thread，
    *從判斷條件可見，如果是共享中斷，只會在第一注冊的函數(shù)里面創(chuàng)建一次內(nèi)核線程
    */
    if (new- >thread_fn && !nested) {       
       ret = setup_irq_thread(new, irq, false); 
       if (ret)             
          goto out_mput;        
       if (new- >secondary) {             
          ret = setup_irq_thread(new- >secondary, irq, true);
          if (ret)                
              goto out_thread;        
        }
     }            
     if (!desc- >action) {//第一次安裝，需要申請resources         
         ret = irq_request_resources(desc);         
         if (ret) {              
            pr_err("Failed to request resources for %s (irq %d) on irqchip %s\\n", new- >name, irq, desc- >irq_data.chip- >name);               
            goto out_bus_unlock;          
          }  
     }             
     old_ptr = &desc- >action; /*添加到對應(yīng)的irqaction*/  
     old = *old_ptr;  
     if (old) { /* 多個設(shè)備共享中斷*/         
         .... /*共享中斷的各種限制性檢查，與共享中斷中其它設(shè)置需要保持一致*/                
         /*在內(nèi)核工程師角度我們分析的時候：
         *__handle_irq_event_percpu 處理具體的信號函數(shù)的時候會有一個irqaction鏈表的遍歷，這個遍歷就是我們加入的共響中斷的情形
         */    
         do {            
             /** Or all existing action- >thread_mask bits,  
             * so we can find the next zero bit for this new action.
             */    
             thread_mask |= old- >thread_mask;    
             old_ptr = &old- >next;    
             old = *old_ptr;         
          } while (old);  
      }
      /*將當(dāng)前的irqaction加入到對應(yīng)irq_descs[]數(shù)組當(dāng)中對應(yīng)當(dāng)中.至此中斷控制器的__handle_irq_event_percpu 中對應(yīng)的handler數(shù)據(jù)對接完成。*/
      *old_ptr = new;   
      ...
}