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第一个参数irq表示要分配的中断号。对于大多数其他设备来说这个值要么是可以通过探测获取要么可以通过编程动态确定。 第二个参数hanlder是一个指针指向处理这个中断的实际中断处理程序。hanhler函数的原型接收三个参数。 第三个参数irqflags可以是0也可以是多个标志的掩码。如果是SA_INTERRUPT表面给定的中断处理程序是一个快速中断处理程序(fast interrupt hanlder)。使用了该标志快速中断处理程序在禁止所有中断的情况下的本地处理器上运行。除了时钟中断绝大数中断都不使用该标志。如果是SA_SAMPLE_RANDOM表明这个设备产生的中断对内核熵池(entropy pool)有贡献。如果是SA_SHARE标志表明可以在多个中断处理程序之间共享中断线。在同一个给定线上注册的每个处理程序必须指定这个标志。 第四个参数devname是与中断相关设备的ASCII文本表示法。这些名字会被/proc//irq和/proc/inerrupt文件使用以便于用户通信。 第五个参数dev_id主要用户共享中断线。当一个中断处理程序需要释放时dev_id将提供唯一的标志信息以便从共享中断线的诸多中断处理程序中删除指定的那一个。如果无需共享中断线那么将该参数赋为空值(NULL)就可以了。 该函数执行成功会返回0。如果返回非0值就表示有错误发生。 注意request_irq函数可能会睡眠因此不能在中断上下文或其他不允许阻塞的代码中使用该函数。在注册的过程中内核需要在/proc/irq文件中创建一个与中断对应的项。函数proc_mkdir就是用来创建这个新的procfs项的。函数proc_mkdir通过调用函数proc_mkdir通过调用proc_create对这个profs项进行设置而proc_create会调用函数kmalloc函数请求分配内存。函数kmalloc是可以睡眠的。 3.1. 释放中断处理程序 卸载驱动程序时需要注销相应的中断处理程序并释放中断线。可以调用void_free_irq(unsigned int irq, void * dev_id)来释放中断线。 如果指定的中断线不是共享的那么该函数删除处理程序的同时将禁用这条中断线。如果中断线是共享的则仅删除dev_di对应的处理程序而这条中断线只有在删除了最后一个处理程序时才会被禁用。 4. 编写中断处理程序 以下是一个典型的中断处理程序声明 static irqreturn_t intr_handler(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs); 第一个参数irq就是这个处理程序要响应的中断的中断线号。 第二个参数dev_id是一个通用指针它与在中断处理程序注册时传递request_irq的参数的dve_id必须一致。另外dev_id也可能指向中断处理程序使用的一个数据结构。因为对于每个设备而言设备结构是唯一的。 第三个参数regs是一个指向结构的指针该结构包含处理中断之前处理器的寄存器和状态。考虑到现有的中断处理程序很少使用该参数因此可以忽略它。 中断处理程序的返回值是一个特殊类型irqreturn_t。中断处理程序可能会返回两个特殊的值IRQ_NONE和IRQ_HANDLED。当中断处理程序检测到一个中断但该中断对应的设备并不是在注册处理函数期间指定的产生源时返回IRQ_NONE当中断处理程序被正确调用且确实是它所对应的设备产生了中断返回IRQ_HANDLED。而实际上irqreturn_t就是一个int类型。 中断处理程序通常会标记为static因为它从来不会被别人的文件中的代码直接调用。 4.1. 重入和中断处理程序 Linux中的中断处理程序是无需重入的。当一个给定的中断处理程序正在执行时相应的中断线在所有处理器上都会被屏蔽掉以防止在同一中断线上接收另一个新的中断。 4.2. 共享的中断处理程序 共享的处理程序与非共享的处理程序在注册和运行方式上比较类似但差异如下 1) request_irq的参数flags必须设置SA_SHARE标志 2) 对每个注册的中断处理程序来说dev_id参数必须唯一 3) 中断处理程序必须能够区分它的设备是否真的产生了中断。这既需要硬件的支持耶需要处理程序有相关的处理逻辑。 指定SA_SHARE标志以调用request_irq时只有在以下两种情况下才可能成功 1) 中断线当前未被注册 2) 在该线上的所有已经注册处理程序都指定了SA_SHARE。 内核接收一个中断后它将依次调用在该中断线上注册的每一个处理程序。因此一个处理程序应该必须知道它是否应该为这个负责。如果与它相关的设备并没有产生中断那么处理器应该立即退出。 5. 中断上下文 当执行一个中断处理程序或下半部时内核处于中断上下文(interrupt context)中。中断上下文和进程没有关系不可以睡眠。中断上下文具有严格的时间限制因为它打断了其他代码。 而进程上下文是一种内核所处的操作模式此时内核代表进程执行比如执行系统调用或运行内核线程。在进程上下文中可以通过current宏关联当前进程可以睡眠。 中断处理程序打断了其他代码正是因为这种异步执行的特性所以所有的中断处理程序必须尽可能的迅速、简洁。尽量把工作从中断处理程序中分离出来交给下半部。 中断处理程序栈的设置是一个配置选项决定中断处理程序是否共享中断进程的内核栈。内核栈的大小是两页。在2.6的内核中增加一个选项把栈的大小两页减到一页这就减轻了内存的压力因为系统中每个进程仅需要一页内核栈了。但是为了应对栈大小的减少中断处理程序拥有了自己的栈每个处理器一个大小为一页。这个栈称为中断栈。 6. 中断处理机制的实现 设备产生中断通过总线把电信号发送给中断控制器处理器会立即停止它正在做的事关闭中断系统然后跳到内存中预定义的位置开始执行那里的代码。这个预定义的位置是由内核设置的是中断处理程序的入口点。 在内核栈中断的旅程开始于预定义入口点这类似于系统调用通过预定义的异常句柄进入内核。对于每条中断线处理器都会跳到对应的一个唯一的位置。初始入口点只是在栈中保存这个号并存放当前寄存器的值然后内核调用do_IRQ函数。 unsigned int do_IRQ(struct pt_regs regs); 该函数计算出中断号后对所接收的中断进行应答禁止这条线上的中断传递。在普通的PC机器上这些操作由mask_and_ack_8259A来完成的。 接着该函数需要确保在这条中断线上有个有效的处理程序而且这个程序已经启动但是当前并没有执行。do_IRQ就调用handle_IRQ_event来运行为这条中断线安装的中断处理程序。 最后函数返回回到do_IRQ。而do_IRQ做清理工作并返回到初始入口点然后再从这个入口点跳到函数ret_from_intr函数。这个例程会检查重新调度是否正在挂起。如果重新调度正在挂起而且内核正在返回用户空间(也就是中断了用户进程)那么schedule被调用。如果内核正在返回内核空间(也就是中断了内核本身)只有在preempt_count为0schedule才会被调用。在schedule返回之后或者没有挂起的工作那么原来的寄存器被恢复内核恢复到曾经中断的点。 在x86上初始的汇编例程位于arch/i386/kernel/entry.SC方法在arch/i386/kernel/irq.c中。 6.1. 文件/proc/interrupts procfs是一个虚拟文件系统它只存于内核内存一般安装与/proc目录下。在procfs中读写都要调用内核函数这些函数模拟从真实文件中读或写。 7. 中断控制 Linux内核提供了一组接口用于操作机器上的中断状态。可以在asm/system.h和asm/irq.h中找到。一般来说控制中断系统的原因是需要提供同步。通过禁止中断可以确保某个中断处理程序不会抢占当前的代码。此外禁止中断还可以禁止内核抢占。 7.1. 禁止和激活中断 用于禁止和激活当前处理器上的本地中断 local_irq_disable(); local_irq_enable(); local_irq_save(unsigned long flags); local_irq_restore(unsigned long flags); 前两个函数通常调用单个汇编指令来实现。实际上在x86中它们分别使用cli指令和sti指令。如果在调用local_irq_disable例程之前已经禁止了中断那么该例程往往带来潜在的危险同样相应的local_irq_enable例程耶存在危险因为他将无条件地激活中断尽管这些中断可能在开始时就是关闭的。后两个函数可以保存现场是系统更加安全。 内核2.5版本不再使用全局的cli相应地所有中断同步现在必须结合使用本地中断控制器和自旋锁。也就是说为了确保对共享数据的互斥访问现在需要做更多的工作。取消全局cli的优点一是强制驱动程序编写实现真正的加锁具有特定的细粒度比全局锁快许多二是这使得很多代码更具流线型避免了代码的成簇布局。 前面的所有函数既可以在中断中调用也可以在进程上下文中调用。 7.2. 禁止指定中断线 在某些情况下只禁止整个系统中一条特定的中断线就够了。 void disable_irq(unsigned int irq); void disable_irq_nosync(unsigned int irq); void enable_irq(unsigned int irq); void synchronize_irq(unsigned int irq); 前两个函数禁止中断控制器上指定的中断线。另外函数只有在当前正在执行的所有处理程序完成后disable_irq才能返回。因此。调用者不仅确保不在指定中断线上传递新的中断同时还有确保所有已经开始执行的处理程序已经全部退出。 函数disable_irq_nosync不会等待当前中断处理程序执行完毕。 函数synchronize_irq等待一个特定的中断处理程序的退出。如果该处理程序正在执行那么该函数必须退出后才能返回。 对于这些函数的调用可以嵌套。其中有三个函数可以从中断或进程上下文中调用而且不会睡眠。禁止多个中断处理程序共享的中断线是不合适的禁止中断线也就禁止了这条线上所有设备的中断传递。因此用于新设备的驱动程序应该倾向于不使用这些接口。 7.3. 中断系统的状态 宏irqs_disable定义在asm/system.h中。如果本地处理器上的中断系统被禁止则它返回非0否则返回0。 在asm/hardirq.h中定义的两个宏提供一个用来检测内核的当前上下文的接口 int_interrupt() int_irq() 第一个宏in_interrup最有用如果内核处于中断上下文中返回非0。说明内核此刻正在执行中断处理程序或者正在执行下半部处理程序。宏in_irq只有在内核确实正在执行中断处理程序时返回非0。
