Linux驱动程序：硬件中断处理实例

从物理学的角度看，硬件中断是一种电信号，由硬件设备产生，并直接送入中断控制器输入引脚上，再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一旦检测到该信号，便中断自己当前正在处理的工作，转而去处理中断。图6-7是中断处理原理图。

图6-7 中断处理原理

如果中断处理过程非常复杂，可以分成两部分：上半部（top half）和下半部（bottom half）。上半部完成一些急需处理的事务，如从硬件读取信息，下半部完成余下的复杂的运算或逻辑处理。下半部是可中断的，而上半部是不可中断的，处理完毕立即返回。Linux中的中断下半部包括软中断、tasklet机制和工作队列等。

Linux内核中的中断请求队列用irq_desc结构描述：

IRQ服务列表的结构描述为：

不同的设备对应的中断都用一个唯一的整型数据标识，这个整型数据叫作中断号。request_irq函数用于申请中断，原型如下：

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

参数irq表示所要申请的硬件中断号。name为中断名称。dev为设备参数。handler为中断处理函数，中断产生时系统会调用该函数：

typedef irqreturn_t（*irq_handler_t）（int，void*）；

irq_handler_t的第一个参数为中断号。

flags是申请时的选项，它决定中断处理程序的一些特性：

#define IRQF_DISABLED 0x00000020//处理中断时关闭中断

#define IRQF_SAMPLE_RANDOM 0x00000040//对内核熵池有贡献

#define IRQF_SHARED 0x00000080//多设备共享中断

#define IRQF_PROBE_SHARED 0x00000100

#define IRQF_TIMER 0x00000200//定时器中断

#define IRQF_PERCPU 0x00000400

#define IRQF_NOBALANCING 0x00000800//不受中断平衡影响

#define IRQF_IRQPOLL 0x00001000

#define IRQF_ONESHOT 0x00002000

中断触发方式包括以下类型：

#define IRQF_TRIGGER_NONE 0x00000000//未设置触发方式

#define IRQF_TRIGGER_RISING 0x00000001//上升沿

#define IRQF_TRIGGER_FALLING 0x00000002//下降沿(www.xing528.com)

#define IRQF_TRIGGER_HIGH 0x00000004//高电平

#define IRQF_TRIGGER_LOW 0x00000008//低电平

中断处理程序的返回值有三种：

申请中断时如果需要为设备建立一个中断后处理线程，可以使用request_threaded_irq函数。

handler为主处理函数，thread_fn为中断处理线程函数。如果中断主处理函数handler返回IRQ_WAKE_THREAD，则会唤醒中断线程。假如handler为空，则采用默认的主处理函数irq_default_primary_handler：

free_irq函数用来释放一个中断：

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

ARM体系中处理中断的函数为asm_do_IRQ。asm_do_IRQ函数在entry-macro-multi.S中被调用：

asm_do_IRQ定义如下：

generic_handle_irq函数调用了generic_handle_irq_desc函数，进而调用了中断处理函数。

handle_irq函数最终会调用irqaction结构的handler成员，也就是request_irq函数注册的中断处理函数。在中断上下文中，有一些需要注意的地方。中断处理函数应该快速退出并让出处理器，不能与用户空间交换数据，不能调用能引起睡眠的函数，并应确保其内部不会触发阻塞等待。在中断处理函数中保护临界区，不能使用互斥体，因为它们可能导致睡眠，真正需要保护临界区的时候应该使用自旋锁。中断处理函数不必是可重用的。当某中断被执行的时候，在它返回之前，相应的IRQ都被禁止了。因此，与进程上下文代码不同的是，同一中断处理函数的不同实例不可能同时运行在多个处理器上。另外中断处理函数可以被更高优先级IRQ的中断处理函数打断。

禁止与允许中断的函数包括：

void disable_irq（int irq）；//禁止单个中断，等待成功返回

void disable_irq_nosync（int irq）；//禁止单个中断，不等待返回

void enable_irq（int irq）；//允许单个中断

void local_irq_save（unsigned long flags）；//禁止所有中断，并保存标志

void local_irq_diable（void）；//禁止所有中断

void local_irq_restore（unsigned long flags）；//使能所有中断，并恢复标志

void loval_irq_enable（void）；//使能所有中断