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第十章——中断处理

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中断注册

中断，传统的中断信号线式的中断需要注册才可以用。信号线是各设备分时复用或者共享的，具体哪个设备使用哪个信号线是硬件连线决定的。

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// 注册中断信号线，返回非0值表示成功
int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), 
                unsigned long flags, const char *dev_name, void *dev_id); // TODO 主动还是被动
// irq，中断号
// handler，中断处理函数
// flag，见下文
// flags，中断管理掩码
// dev_name，设备名称，中断的拥有者
// dev_id，自定义数据，驱动可以用dev_id区分设备，当flag含有SA_SHIRQ时该字段必须填充值

// 释放中断号
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

// x86架构还提供下面这接口，用于查询某个中断是否可以被注册。
// 但是注意，查询返回和真正注册不是原子的，换句话说，查询哪怕返回OK，但是到注册的时候可能情况已经变成不OK了
int can_request_irq(unsigned int irq, unsigned long flags);

推荐在打开设备的时候注册中断，而不是模块初始化的时候，这样可以提高中断信号线的复用效率。同时，还应在设备关闭时反注册中断。

flag可以有多个不同的取值，列表如下

值 含义
SA_INTERRUPT 表明这个是一个“快速”中断处理例程，快速中断处理例程会被置于中断禁用状态下运行，一般情况下不要用
SA_SHIRQ 表示中断可以在设备之间共享
SA_SAMPLE_RANDOM 设置该位表示要不要将该设备的中断作为/dev/random等的输入

/proc

/proc/interrupts文件表征了当前OS的中断注册情况。第一列是中断号，有些不连续的情况，说明该中断号没有注册中断处理例程或者说没有目标设备。以CPUx为标题的列，表示某个CPU上中断处理次数情况。后面几列是处理中断的PIC信息和设备信息，共享中断号的设备会在此并列。

还有个/proc/stat文件，该文件intr行统计各号中断触发的次数。第一列是总中断触发次数，后面各列是不同中断号触发中断的次数。

中断探测

中断线形式触发的中断，必须告知驱动设备的中断号。这个事情可以让驱动用户来做，也可以让驱动编写者来做。但事实上他们都可能不知道具体某个设备的中断号。LDD3提到一种探测技术，其思路就是将现阶段所有未被使用的中断号都打开，然后静候设备触发中断，最后看设备用的是几号中断。内核提供了API来完成这件事（但是在最新的内核中没有找到），其实也可以手动实现该功能（将可能的中断号，注册上自定义的中断处理例程）。但是注意，这种探测对于那种共享中断信号线的设备时无效的。

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// 返回当前未被使用的中断的掩码
unsigned long probe_irq_on(void);

// 将probe_irq_on的返回值作为入参，返回从调用probe_irq_on时到现在触发过得中断号。
int probe_irq_off(unsigned long);

处理例程

中断处理例程有三个参数，irq、dev_id以及regs

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irqreturn_t (*handler)(int irq, void * dev_id, struct pt_regs *regs)
// 入参
// irq， 中断号
// dev_id，驱动定义的数据，也就是request_irq时的dev_id参数
// regs，保存CPU进入中断上下文之前的寄存器上下文
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// 返回值
// irqreturn_t，内核会读取返回值以统计中断处理情况，染回IRQ_HANDLED、IRQ_NONE或者IRQ_WAKE_THREAD

启用和禁用中断

内核提供禁用单个或者全部中断的接口，使用这些接口时应有以下注意事项。

  • 共享的中断线是不能禁用的
  • 部分接口禁用和开启可以嵌套，禁用接口调用了多少次，对应的开启接口也需要调用相同次数才可以复原状态。
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void disable_irq(int irq); // 禁用某个中断同时，等待该中断处理例程结束，如果调用者持有中断例程需要的资源，系统会发生死锁
void disable_irq_nosync(int irq); // 禁用某个中断，会立即返回，可能让系统进入竞争状态
void enable_irq(int irq); // 开启某个中断

// 保存中断状态的处理器本地全部中断禁用和开启接口
void local_irq_save(unsigned long flags);
void local_irq_restore(unsigned long flags);

// 不保存中断状态的处理器本地全部中断禁用和开启接口，这套接口不维护嵌套状态
void local_irq_disable(void);
void local_irq_enable(void);

中断顶半部和底半部(Top and Bottom Halves)

中断处理例程需要做的事情可以分为两类，快速的控制面处理和耗时的数据面处理。内核将这两类事务分成两个部分处理，分别叫顶半部和底半部。一般而言，顶半部主要负责填装调度任务然后启用底半部，底半部可以运行在workqueue、tasklet等机制中。tasklet和workqueu的工作机制和相关接口，阅读第七章笔记。