Linux内核中断处理

时间：2021-03-03 16:52:35

基本概念： 

Linux操作系统下同裸机程序一样,需要利用中断机制来处理硬件的异步事件

但用户态不允许中断事件，因此中断必须由设备驱动程序来接收与处理
如果CPU接收到一个中断，它会停止一切工作，调用中断处理函数，因为进程调度依赖中断，此时进程调度也会停止
所以就要求我们的中断处理一定要快
中断处理程序运行在中断上下文

中断处理程序运行在中断上下文中：

上下文：内核运行环境，包括寄存器值、堆栈等数据
进程上下文：一个进程在内核态执行时,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容等。
中断上下文：中断服务程序执行时所处的内核环境,CPU的所有寄存器的值、中断栈中的内容等。

中断上下文注意事项：

1.不能使用导致睡眠的处理机制（信号量、等待队列等）
2.不能与用户空间直接交互数据

3.中断处理函数执行时间尽可能短


中断编写流程：

Linux内核中断处理




中断相关函数介绍：

#include <linux/interrupt.h> //头文件

申请中断:

int request_irq(unsigned int irq,

irqreturn_t(*handler)(int,void*),

unsigned long irqflag,

const char *devname,

void *dev_id);

参数1：中断号，所申请的中断向量，比如EXIT0中断等定义在mach/irqs.h

参数2：中断服务程序（函数指针）

参数3：中断属性设置，定义在linux/interrupt.h

IRQF_DISABLED, 用于保证中断不被打断和嵌套

IRQF_SHARED, 申请子中断时，共享中断源

IRQF_SAMPLE_RANDOM, 中断可能被用来产生随机数

参数4：中断名字，cat /proc/interrupts 可察看系统中断申请与使用情况
参数5：中断参数，作为共享中断时用于区别不同中断的参数

设置中断触发方式（外部中断）:

int set_irq_type(int irq, int edge);
参数1：中断号
参数2:外部中断触发方式定义在linux/irq.h
IRQ_TYPE_LEVEL_LOW,
IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH,
IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,
IRQ_TYPE_EDGE_RISING,
IRQ_TYPE_EDGE_BOTH

释放中断:

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
参数1：所要清除中断服务程序的中断号
参数2：中断参数，同申请时的值一致

使能中断:

void enable_irq(unsigned int irq);

关闭中断，并等待中断处理完成后返回:

void disable_irq(unsigned int irq);
注意：当用户在中断处理函数中使用该函数会形成死锁

关闭中断，立即返回:

void disable_irq_nosync(unsigned int irq);

中断服务程序:

irqreturn_t handler(int irq,void *dev_id) {
...... // 中断处理
return IRQ_HANDLED；
}
参数1：中断号,不同中断共用一个中断服务程序时区分各中断
参数2：中断参数，不同设备分享同一中断时，区分中断来源

返回值：IRQ_HANDLED在linux/irqreturn.h中定义

函数汇总表:

Linux内核中断处理


实例代码：

驱动端：

#include <linux/device.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <mach/gpio.h>
#include <mach/regs-gpio.h>  /*S5PV210_GPH3_BASE*/

#define EINT_DEVICE_ID			1



#define EINT_DEVICE_ID_CLONE	2

#define DRIVER_NAME				"key1_eint"
#define err(msg) 				printk(KERN_ERR "%s: " msg "\n", DRIVER_NAME)
#define __debug(fmt, arg...)	printk(KERN_WARNING fmt, ##arg)

#define GPH3CON					(unsigned long)(S5PV210_GPH3_BASE+ 0x00)
#define GPH3DAT					(unsigned long)(S5PV210_GPH3_BASE + 0x04)
#define GPH2UP					(unsigned long)(S5PV210_GPH2_BASE + 0x08)

static int major = 0;		/* Driver Major Number */
static int minor = 0;		/* Driver Minor Number */
struct class *key_class;
static struct device *key_device;

static unsigned char key;


irqreturn_t buttons_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
	if((int)(dev_id) != EINT_DEVICE_ID)
		return IRQ_NONE;

	key = (unsigned int)dev_id;
	__debug("in eint function...\n");
	return IRQ_HANDLED;
}
/* 共享中断实例，去掉注释即可验证
irqreturn_t buttons_interrupt_clone(int irq, void *dev_id)
{
	if((int)(dev_id) != EINT_DEVICE_ID_CLONE)
		return IRQ_NONE; 
	__debug("in eint function clone...\n");
	return IRQ_HANDLED;
}
*/

static ssize_t key_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
	int key_num;
	int cpy_len;
	int retval;

	key_num = key;		//读取键值
	key = 0;			//清除键值

	cpy_len = min(sizeof(key_num), count);
	retval = copy_to_user(buf, &key_num, cpy_len);

	return (cpy_len - retval);
}

/* Driver Operation structure */
static struct file_operations key_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = key_read,
};

static void key_io_port_init(void)
{
	unsigned long reg_val;

	reg_val = readl(GPH3CON);
	reg_val &= ~((0x0f<<0) | (0x0f<<4));
	reg_val |= ((0x01<<0) | (0x01<<4));
	writel(reg_val, GPH3CON);

	reg_val = readl(GPH3DAT);
	reg_val &= ~((0x01<<0) | (0x01<<1));
	writel(reg_val, GPH3DAT);

	reg_val = readl(GPH2UP);
	reg_val &= ~(0x03<<8);
	reg_val |= 0x02<<8;
	writel(reg_val, GPH2UP);
}
static int __init key_eint_init(void)
{
	int retval;


	key_io_port_init();

// 设置中断的触发类型，我们也可以在request_irq函数中
// 直接设置中断触发类	
//	retval = set_irq_type(IRQ_EINT(20),IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);
//	if(retval){
//		err("IRQ_EINT20 set irq type failed");
//		goto error;
//	}

	retval = request_irq(IRQ_EINT(20), buttons_interrupt, IRQF_SHARED|IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, 
			"KEY1", (void *)EINT_DEVICE_ID);
	if(retval){
		err("request eint20 failed");
		goto error;
	}
/* 共享中断实例，去掉注释即可验证
	retval = request_irq(IRQ_EINT(20), buttons_interrupt_clone, IRQF_SHARED|IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, 
			"KEY1_CLONE", (void *)EINT_DEVICE_ID_CLONE);
	if(retval){
		err("request eint20 failed");
		goto error;
	}
*/	

	/* Driver register */
	major = register_chrdev(major, DRIVER_NAME, &key_fops);
	if(major < 0){
		err("register char device fail");
		retval = major;
		goto error_register;
	}
	key_class=class_create(THIS_MODULE,DRIVER_NAME);
	if(IS_ERR(key_class)){
		err("class create failed!");
		retval =  PTR_ERR(key_class);
		goto error_class;
	}
	key_device=device_create(key_class,NULL, MKDEV(major, minor), NULL,DRIVER_NAME);
	if(IS_ERR(key_device)){
		err("device create failed!");
		retval = PTR_ERR(key_device);
		goto error_device;
	}
	__debug("register myDriver OK! Major = %d\n", major);
	return 0;

error_device:
	class_destroy(key_class);
error_class:
	unregister_chrdev(major, DRIVER_NAME);
error_register:
	free_irq(IRQ_EINT(20), (void *)EINT_DEVICE_ID);
error:
	return retval;
}

static void __exit key_eint_exit(void)
{
	//__debug("in key_eint_exit\n");

	free_irq(IRQ_EINT(20), (void *)EINT_DEVICE_ID);

/* 共享中断实例，去掉注释即可验证
	free_irq(IRQ_EINT(20), (void *)EINT_DEVICE_ID_CLONE);
*/
	unregister_chrdev(major, DRIVER_NAME);
	device_destroy(key_class,MKDEV(major, minor));
	class_destroy(key_class);

	return;
}

module_init(key_eint_init);
module_exit(key_eint_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Eric");


应用层： 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	char *devname = "/dev/key1_eint";
	int fd;
	unsigned char key;

	fd = open(devname, O_RDWR);
	while(1)
	{
		read(fd, &key, sizeof(key)); 
		if(key)
			printf("the key = %d\n",key);
		usleep(100*1000);
	}
	close(fd);
}




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