Linux内核设计笔记7——中断

中断与中断处理

何为中断？

• 一种由设备发向处理器的电信号
• 中断不与处理器时钟同步，随时可以发生，内核随时可能因为中断到来而被打断。
• 每一个中断都有唯一一个数字标志，称之为中断线（IRQ）
• 异常是由软件产生，与处理器时钟同步。

中断处理程序

• 由内核调用来响应中断
• 运行于中断上下文
• 中断的执行不可阻塞
• 中断处理分为两个部分，中断处理程序是上半部（top half），还有下半部（bottom halves）

中断处理程序注册

• 中断处理程序是管理硬件驱动程序的组成部分，如果设备使用中断，其相应的驱动程序就会注册一个中断处理程序。
• 通过request_irq（）函数来注册中断处理程序

int request_irq( unsigned irq,
		irq_handler_t handler,
		unsigned long flags,
		count char* name,
		void *dev)

• 第一个参数irq表示要分配的中断号

• 第二个参数handler表示中断处理程序指针

• 第三个表示标志，可以为0、IRQF_DISABLE、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_TIMER、IRQF_SHARED

  • IRQF_DISABLE 表示该中断处理期间，禁用所有其他中断
  • IRQF_SAMPLE_RANDOM 这个设备产生的中断对内核熵池有贡献
  • IRQF_TIMER 为系统定时器中断而准备的
  • IRQF_SHARED 表示多个中断处理程序共享中断线。

• 第四个参数name表示设备的文本表示

• 第五个参数dev用于共享中断线，dev提供唯一的标志信息。

  需要注意的是，request_irq( )可能睡眠，因此不能再中断上下文或者其他不允许阻塞的代码中调用该函数。

中断处理程序释放

卸载驱动程序时，需要用free_irq（）注销相应的中断处理程序，并释放中断线。

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

如果指定的中断线不是共享的，那么该函数删除处理程序的同时将禁用这条中断线。如果是共享的，只删除dev对应的中断处理程序。

编写中断处理程序

static irqreturn_t intr_handler(int irq, void * dev);

当一个给定的中断处理程序正在执行时，相应的中断线在所有的处理器上都会被屏蔽掉，以防止在同一条中断线上接受另一个新的中断。

中断上下文

• 当执行一个中断时，内核处于中断上下文。
• 中断上下文没有后备进程，不可以睡眠。
• 中断上下文有着严格的时间限制，因为其打断了其他代码（有可能打断了其他中断处理程序）。中断上下文中的 代码应该迅速简洁，尽量不要使用循环去处理繁重的工作。

中断控制

Linux内核提供了一组接口用于控制机器上的中断状态

• 禁止和激活中断
  
  用于禁止、激活当前处理器的本地中断，

local_irq_disable();
local_irqenable();

• 禁止指定中断线

void disable_irq(unsigned int irq);			//禁止控制器上某一条中断线，函数只有在当前执行的所有处理程序完成后，才能返回
void disable_irq_nosync(unsigned int irq);	//禁止控制器上某一条中断线，不会等待当前中断处理程序执行完毕。
void enable_irq(unsigned int irq);			//激活控制器上某一条中断线，
void synchronize_irq(unsigned int irq);		//等待下一个特定的中断处理程序退出

在一条中断线上，每次调用disable_irq_nosync()、disable_irq()，都需要调用一次enable_irq()，只有在enable_irq()完成了最后一次调用后，才完成了中断线的激活。

• 这三个函数可以从中断或进程上下文中调用，而且不会睡眠。