Linux中断

概述 ​

很多资料将中断处理分为上半部和下半部，一般上半部是指在硬中断中执行的，下半部是指通过各种方式延迟执行的。

• 上半部保证该中断服务函数的实时性
• 下半部则缩短硬中断的时间，确保了其他中断的实时性

在早期的2.5版本之前Linux中是提供了bottom half来处理下半部的。在当前版本有以下方法来处理下半部

方法对比 ​

选择建议 ​

• 软中断：通常不直接使用，留给内核核心子系统。
• 任务队列：如果你的下半部任务必须非常快且不能休眠，并且不希望处理多核并发问题，任务队列是合适的选择。
• 工作队列：如果你的任务不紧急，且可能耗时较长或需要休眠，那么工作队列是最好的选择。
• 线程化中断：这是一种通用的、现代的中断处理方案。如果你正在开发一个新的驱动程序，并且没有特别严苛的低延迟要求，优先考虑使用线程化中断。它将处理的复杂性从驱动中移交给了内核，使你的代码更清晰、更健壮。

详解 ​

注册中断服务函数 ​

相关函数声明在include/linux/interrupt.h中

这里介绍两个常用的函数：request_threaded_irq 和 devm_request_threaded_irq

两种函数都是用于在 Linux 内核中注册一个线程化中断处理程序，devm_request_threaded_irq 是 request_threaded_irq 的一个**托管（Managed）**版本，在设备卸载时自动释放资源。

request_threaded_irq ​

• 功能：这个函数用来为指定的 IRQ 号 (irq) 注册一个中断处理程序。它将中断处理分为两个部分：上半部 (handler) 和下半部 (thread_fn)。
• 参数：
  • irq：要注册的中断号。
  • handler：中断上半部函数。它运行在中断上下文，必须快速执行且不能睡眠。如果它返回 IRQ_WAKE_THREAD，则会唤醒下半部线程。如果 handler 为 NULL，则整个中断处理都由下半部线程完成。
  • thread_fn：中断下半部函数。它运行在内核线程上下文，可以执行耗时操作，也可以睡眠。
  • flags：用于控制中断行为的标志，如 IRQF_SHARED（共享中断）或 IRQF_ONESHOT（仅在 handler 返回 IRQ_WAKE_THREAD 时才运行 thread_fn）。
  • name：设备名称，用于 /proc/interrupts 中的显示。
  • dev：一个唯一的标识符，用于共享中断时区分设备。
• 资源管理：使用此函数注册的中断必须由开发者在适当的时机（如设备移除或驱动卸载时）手动调用 free_irq() 来释放。如果忘记释放，将导致资源泄漏。

devm_request_threaded_irq ​

该函数基于request_threaded_irq再次封装。devm_ 前缀表示它利用了**设备资源管理（Device Resource Management）**子系统。

• 功能：与 request_threaded_irq 功能完全相同，但它将中断资源的生命周期与一个特定的设备（struct device *dev）绑定在一起。
• 参数：
  • dev：一个指向 struct device 的指针。中断资源将与该设备的生命周期关联。
  • 其余参数与 request_threaded_irq 完全相同。
• 资源管理：这个函数最大的优势在于自动资源管理。当与 dev 关联的设备被移除或其驱动程序被卸载时，内核会自动调用相应的释放函数（devm_free_irq）来释放中断资源。开发者不需要手动调用 free_irq()。

总结与选择 ​

在编写设备驱动时一般使用devm_request_threaded_irq就行。

中断执行方式 ​

中断服务函数的执行路径可以概括为：触发中断 -> 查找中断描述结构体 -> 执行注册的handle并唤醒线程执行thread_fn(可选)

1. arch/../kernel/irq.c:

   架构层代码，将中断号irq传递到下一层

   c

   vector_irq()
   |-> asm_do_IRQ()
       |-> handle_IRQ()
           |-> __handle_domain_irq()

2. kernel/irq/irqdesc.c:

   该部分的函数负责找到中断号irq对应的中断描述符desc

   c

   __handle_domain_irq()
   |-> generic_handle_irq()
       |-> desc = irq_to_desc(irq)
       |-> generic_handle_irq_desc(desc)
           |-> desc->handle_irq(desc)
               |-> handle_irq_event(desc)

   • struct irq_desc *irq_to_desc(unsigned int irq)函数查找中断号irq对应的中断描述符desc

   • void generic_handle_irq_desc(struct irq_desc *desc)

     c

     static inline void generic_handle_irq_desc(struct irq_desc *desc)
     {
         desc->handle_irq(desc);
     }

     这里执行的handle_irq是注册到irq_desc结构体的回调函数，在kernel/chip.c中定义了一些默认的回调函数，如：

     c

     void handle_edge_irq(struct irq_desc *desc);
     void handle_fasteoi_irq(struct irq_desc *desc);
     ...

3. kernel/irq/handle.c

   该文件中包含中断的核心处理代码，根据获取到的中断描述结构体desc进行下一步处理 在该函数中会遍历链表desc->action，其中每一个action中包含了request_threaded_irq(...,handler,thread_fn,...)注册的中断服务函数，

   • 中断上半部handler由action->handler()立马执行
   • 中断下半部thread_fn则由__irq_wake_thread唤醒后在其他线程延迟执行
   c

   handle_irq_event(desc)
   |-> handle_irq_event_percpu(desc)
       |-> __handle_irq_event_percpu()
           |-> for(action: desc->action)
               {
                   action->handler()
                   __irq_wake_thread()
               }