【linux kernel】 中断处理-中断下半部

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1.   概述

Linux内核中断机制：为了在中断执行时间尽可能短和中断处理需要完成大量工作之间找到一个平衡点，Linux将中断处理程序分解为两个半部，顶半部和底半部。

      顶半部完成尽可能少的比较紧急的任务，它往往只是简单地读取寄存器中的中断状态并清除中断标志位就进行“登记工作”，将底半部处理程序挂到该设备的底半部执行队列中去。

      那上半部和下半部是分界线是什么？ 以request_irq注册的中断函数为分界线。

      上半部：

        当执行完request_irq注册的中断函数后，上半部结束。在注册的中断函数中，登记下半部要做的工作。

       上半部已经讨论了：http://www.cnblogs.com/embedded-tzp/p/4451354.html

      底半部实现方式有：

            软中断

            tasklet

            工作队列

     

2.   软中断

http://www.cnblogs.com/embedded-tzp/p/4452041.html中已讨论。

3.   Tasklet

3.1. 数据结构

struct tasklet_struct

{

    struct tasklet_struct *next;

    unsigned long state;

    atomic_t count;

    void (*func)(unsigned long);

    unsigned long data;

};

该结构体由tasklet_init初始化。

 

Softirq.c (src\kernel)中：

struct tasklet_head

{

    struct tasklet_struct *head;

    struct tasklet_struct **tail;

};

struct tasklet_head  tasklet_vec;

3.2. 注册

softirq_init中有：

open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);

可见其实现方式为软件中断。其处理函数为tasklet_action

 

tasklet_schedule→__tasklet_schedule

    t->next = NULL;

    *__this_cpu_read(tasklet_vec.tail) = t;

    __this_cpu_write(tasklet_vec.tail, &(t->next));

将tasklet对象组织成一张链表。

 

3.3. 执行流程

       tasklet_schedule→__tasklet_schedule→raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);

    触发软中断执行，软中断执行流程见http://www.cnblogs.com/embedded-tzp/p/4452041.html

    最终软中断会执行到tasklet的处理函数tasklet_action

tasklet_action中是个while，循环处理tasklet_vec链表中的struct   tasklet_struct。

 

 

3.4. 其它：

* 不允许访问用户空间；?????
* 不允许访问current指针；
* 不能执行休眠或调度。

特征：

* 一个tasklet可被禁用或启用；只用启用的次数和禁用的次数相同时，tasklet才会被执行。
* 和定时器类似，tasklet可以注册自己；
* tasklet可被调度在一般优先级或者高优先级上执行，高优先级总会首先执行；
* 如果系统负荷不重，则tasklet会立即得到执行，且始终不会晚于下一个定时器滴答；
* 一个tasklet可以和其他tasklet并发，但对自身来讲必须严格串行处理，即一个tasklet不会在多个处理器上执行。

 

3.5. 函数集合

 

DECLARE_TASKLET(name,func,data); /*定义及初始化tasklet*/

DECLARE_TASKLET_DISABLED(name,func,data);      /*定义及初始化后禁止该tasklet*/

 

void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data); /* 初始化tasklet,func指向要执行的函数,data为传递给函数func的参数 */

 

void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t) /*禁用指定tasklet， */

void tasklet_disable_nosync(struct tasklet_struct *t) /*禁用指定tasklet,但不会等待任何正在运行的tasklet退出*/

void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t)      /*启用先前被禁用的tasklet*/

 

void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)    /*注册并调度执行指定的tasklet*/

void tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t) /*调度指定的tasklet以高优先级执行*/

 

void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t)   /*移除指定tasklet*/

 

3.6.    实例

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/irq.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <asm/gpio.h>

#include <plat/gpio-cfg.h>

 

/*硬件相关的数据结构*/

struct btn_resource {

    int irq;  //中断号

    char *name; //中断名称

};

 

//初始化板卡按键信息

static struct btn_resource btn_info[] = {

    [0] = {

        .irq = IRQ_EINT(0),

        .name = "KEY_UP"

    },

    [1] = {

        .irq = IRQ_EINT(1),

        .name = "KEY_DOWN"

    }

};

 

//tasklet的处理函数，在tasklet_action函数中被处理

static void btn_tasklet_func(unsigned long data)

{

    struct btn_resource *pdata = (struct btn_resource *)data;

    printk("%s: irq = %d, name = %s\n",

            __func__, pdata->irq, pdata->name);

}

 

//定义tasklet对象

static DECLARE_TASKLET(btn_tasklet,

                btn_tasklet_func, (unsigned long)&btn_info[0]);

 

//中断处理函数

//irq:中断号，dev_id：保存注册中断时传递的参数信息

static irqreturn_t button_isr(int irq, void *dev_id)

{

    //登记底半部信息

    tasklet_schedule(&btn_tasklet); //注册并调度tasklet，CPU会在空闲时执行tasklet的处理函数

    printk("%s\n", __func__);

    return IRQ_HANDLED; //成功，失败：IRQ_NONE

}

 

static int btn_init(void)

{

    //申请中断和注册中断处理程序

    /*

     * IRQ_EINT(0):中断号

     * button_isr:中断处理程序，中断发生以后，内核执行此函数

     * IRQF*:外部中断的触发方式，内部中断此参数为0

     * KEY_UP:中断名称，出现在 cat /proc/interrupts

     * &mydata:给中断处理程序传递的参数信息,不传递参数指定为NULL

     */

    int i;

 

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        request_irq(btn_info[i].irq, button_isr,

                IRQF_TRIGGER_RISING|IRQF_TRIGGER_FALLING,

                btn_info[i].name, &btn_info[i]);

    printk("%s\n", __func__);

    return 0;

}

 

static void btn_exit(void)

{

    int i;

 

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        free_irq(btn_info[i].irq, &btn_info[i]);

    printk("%s\n", __func__);

}

module_init(btn_init);

module_exit(btn_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

 

 

4.   工作队列

       工作队列涉及到linux内核进程调度策略，但调度策略不是此处应该讨论的。

4.1. 内核默认队列

4.1.1.   数据结构

struct work_struct

struct delayed_work

 

初始化队列对象

    INIT_WORK(&mywork, my_work_func);

    INIT_DELAYED_WORK(&mydwork, my_dwork_func);

 

4.1.2.   函数集合

schedule_work(&mywork)

schedule_delayed_work(&mydwork, 5*HZ)

 

4.1.3.   为什么是内核默认队列

Workqueue.c (src\kernel) 中：

    init_workqueues→

       system_wq = alloc_workqueue("events", 0, 0);

 

而 schedule_work→

    queue_work(system_wq, work);

 

可见struct work_struct对象是默认放在缺省的内核线程线程events中。当缺省工作队列负载太重，执行效率会很低，需要我们自建队列

 

4.1.4.   实例

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/irq.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <asm/gpio.h>

#include <plat/gpio-cfg.h>

 

/*硬件相关的数据结构*/

struct btn_resource {

    int irq;  //中断号

    char *name; //中断名称

};

 

//初始化板卡按键信息

static struct btn_resource btn_info[] = {

    [0] = {

        .irq = IRQ_EINT(0),

        .name = "KEY_UP"

    },

    [1] = {

        .irq = IRQ_EINT(1),

        .name = "KEY_DOWN"

    }

};

 

//分配工作和延时工作

static struct work_struct mywork;

 

//工作队列处理函数

static void my_work_func(struct work_struct *work)

{

    printk("%s\n", __func__);

}

 

//中断处理函数

//irq:中断号，dev_id：保存注册中断时传递的参数信息

static irqreturn_t button_isr(int irq, void *dev_id)

{

    //登记工作底半部信息

    /*

     * schedule_work：登记工作，将工作交给内核默认的工作队列和

     * 内核线程去管理和调度执行,cpu会在适当的时候会执行工作的处理函数

     * */

    schedule_work(&mywork);

 

    printk("%s\n", __func__);

    return IRQ_HANDLED; //成功，失败：IRQ_NONE

}

 

static int btn_init(void)

{

    //申请中断和注册中断处理程序

    /*

     * IRQ_EINT(0):中断号

     * button_isr:中断处理程序，中断发生以后，内核执行此函数

     * IRQF*:外部中断的触发方式，内部中断此参数为0

     * KEY_UP:中断名称，出现在 cat /proc/interrupts

     * &mydata:给中断处理程序传递的参数信息,不传递参数指定为NULL

     */

    int i;

 

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        request_irq(btn_info[i].irq, button_isr,

                IRQF_TRIGGER_RISING|IRQF_TRIGGER_FALLING,

                btn_info[i].name, &btn_info[i]);

   

    //初始化工作和延时工作

    INIT_WORK(&mywork, my_work_func);

 

    printk("%s\n", __func__);

    return 0;

}

 

static void btn_exit(void)

{

    int i;

 

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        free_irq(btn_info[i].irq, &btn_info[i]);

    printk("%s\n", __func__);

}

module_init(btn_init);

module_exit(btn_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

 

4.2. 自建队列

如上讨论，当使用work_struct，默认放在缺省的内核线程线程events中。当缺省工作队列负载太重，执行效率会很低，需要我们自建队列

4.2.1.   数据结构

struct workqueue_struct

 

4.2.2.   函数集合

wq = create_workqueue("tzp");

 

queue_work(wq, &mywork);

queue_delayed_work(wq, &mydwork, 3*HZ); // 3秒后执行

 

destroy_workqueue

 

 

4.2.3.   实例

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/irq.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <asm/gpio.h>

#include <plat/gpio-cfg.h>

 

/*硬件相关的数据结构*/

struct btn_resource {

    int irq;  //中断号

    char *name; //中断名称

};

 

//初始化板卡按键信息

static struct btn_resource btn_info[] = {

    [0] = {

        .irq = IRQ_EINT(0),

        .name = "KEY_UP"

    },

    [1] = {

        .irq = IRQ_EINT(1),

        .name = "KEY_DOWN"

    }

};

//定义工作队列的指针

static struct workqueue_struct *wq;

 

//分配延时工作

static struct delayed_work mydwork;

 

//延时工作的处理函数

static void my_dwork_func(struct work_struct *work)

{

    printk("%s\n", __func__);

}

 

 

//中断处理函数

//irq:中断号，dev_id：保存注册中断时传递的参数信息

static irqreturn_t button_isr(int irq, void *dev_id)

{

    //登记关联自己的工作队列和工作

    queue_delayed_work(wq, &mydwork, 3*HZ);

   

    printk("%s\n", __func__);

    return IRQ_HANDLED; //成功，失败：IRQ_NONE

}

 

static int btn_init(void)

{

    //申请中断和注册中断处理程序

    /*

     * IRQ_EINT(0):中断号

     * button_isr:中断处理程序，中断发生以后，内核执行此函数

     * IRQF*:外部中断的触发方式，内部中断此参数为0

     * KEY_UP:中断名称，出现在 cat /proc/interrupts

     * &mydata:给中断处理程序传递的参数信息,不传递参数指定为NULL

     */

    int i;

 

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        request_irq(btn_info[i].irq, button_isr,

                IRQF_TRIGGER_RISING|IRQF_TRIGGER_FALLING,

                btn_info[i].name, &btn_info[i]);

   

    //初始化延时工作

    INIT_DELAYED_WORK(&mydwork, my_dwork_func);

 

    //创建自己的工作队列和内核线程

    wq = create_workqueue("tzp"); //线程名叫tzp

 

    printk("%s\n", __func__);

    return 0;

}

 

static void btn_exit(void)

{

    int i;

 

    //销毁自己的工作队列和线程

    destroy_workqueue(wq);

   

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(btn_info); i++)

        free_irq(btn_info[i].irq, &btn_info[i]);

    printk("%s\n", __func__);

}

module_init(btn_init);

module_exit(btn_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");