一、Linux中断API函数1、中断号每个中断都有一个中断号通过中断号即可区分不同的中断有的资料也把中断号叫做中断线。在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号。2、request_irq 函数在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的request_irq函数用于申请中断request_irq函数可能会导致睡眠因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用request_irq函数。request_irq函数会激活 (使能) 中断所以不需要我们手动去使能中断request_irq函数原型如下int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev)函数参数和返回值含义如下irq要申请中断的中断号。handler中断处理函数当中断发生以后就会执行此中断处理函数。flags中断标志可以在文件include/linux/interrupt.h里面查看所有的中断标志这里我们介绍几个常用的中断标志如表所示标志描述IRQF_SHARED多个设备共享一个中断线共享的所有中断都必须指定此标志。如果使用共享中断的话request_irq函数的 dev 参数就是唯一区分他们的标志。IRQF_ONESHOT单次中断中断执行一次就结束。IRQF_TRIGGER_NONE无触发。IRQF_TRIGGER_RISING上升沿触发。IRQF_TRIGGER_FALLING下降沿触发。IRQF_TRIGGER_HIGH高电平触发。IRQF_TRIGGER_LOW低电平触发。表中的这些标志可以通过 “|” 来实现多种组合。name中断名字设置以后可以在 /proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。查看开发板linux系统中的中断:[rootGEC6818 /proc]#cat interruptsCPU0 CPU1 CPU2 CPU3 CPU4 CPU5 CPU6 CPU7 33: 0 0 0 0 0 0 0 0 GIC pl08xdmac 34: 0 0 0 0 0 0 0 0 GIC pl08xdmac 37: 0 0 0 0 0 0 0 0 GIC rtc 1hz 39: 18 14 13 10 22 14 14 29 GIC nxp-uart 48: 0 0 0 1 0 0 0 0 GIC s3c2440-i2c.1 49: 3197 153 3935 3803 3735 3151 3387 3896 GIC s3c2440-i2c.2 56: 22946 15098 13068 14422 15060 15512 15454 18817 GIC Event Timer IRQ 63: 0 0 0 0 0 0 0 0 GIC nxp-wdt 65: 1402 876 712 851 786 901 919 982 GIC nxp-disp 66: 0 0 0 0 0 0 0 0 GIC nxp-disp 68: 0 0 1 0 0 0 0 0 GIC hdmi-int 中断号 中断被处理的次数 中断控制器 中断名称dev如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话dev 用来区分不同的中断一般情况下将 dev 设置为设备结构体dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。返回值0 中断申请成功其他负值 中断申请失败如果返回 - EBUSY 的话表示中断已经被申请了。3、free_irq 函数使用中断的时候需要通过 request_irq 函数申请使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放掉相应的中断。如果中断不是共享的那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。free_irq 函数原型如下所示void free_irq(unsigned int irq, void *dev)函数参数和返回值含义如下irq要释放的中断。dev如果中断设置为共享 (IRQF_SHARED) 的话此参数用来区分具体的中断。共享中断只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。返回值无。4、中断处理函数使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数中断处理函数格式如下所示irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。第二个参数是一个指向 void 的指针也就是个通用指针需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备dev 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型irqreturn_t 类型定义如下所示enum irqreturn { IRQ_NONE (0 0), IRQ_HANDLED (1 0), IRQ_WAKE_THREAD (1 1), }; typedef enum irqreturn irqreturn_t;可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)5、中断使能与禁止函数常用的中断使用和禁止函数如下所示void enable_irq(unsigned int irq) void disable_irq(unsigned int irq)enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断irq 就是要禁止的中断号。disable_irq函数要等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回因此使用者需要保证不会产生新的中断并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下可以使用另外一个中断禁止函数void disable_irq_nosync(unsigned int irq)disable_irq_nosync函数调用以后立即返回不会等待当前中断处理程序执行完毕。上面三个函数都是使能或者禁止某一个中断有时候我们需要关闭当前处理器的整个中断系统也就是在学习 STM32 的时候常说的关闭全局中断这个时候可以使用如下两个函数local_irq_enable() local_irq_disable()local_irq_enable用于使能当前处理器中断系统local_irq_disable用于禁止当前处理器中断系统。假如 A 任务调用local_irq_disable关闭全局中断 10S当关闭了 2S 的时候 B 任务开始运行B 任务也调用local_irq_disable关闭全局中断 3S3 秒以后 B 任务调用local_irq_enable函数将全局中断打开了。此时才过去 235 秒的时间然后全局中断就被打开了此时 A 任务要关闭 10S 全局中断的愿望就破灭了然后 A 任务就 “生气了”结果很严重可能系统都要被 A 任务整崩溃。为了解决这个问题B 任务不能直接简单粗暴的通过local_irq_enable函数来打开全局中断而是将中断状态恢复到以前的状态要考虑到别的任务的感受此时就要用到下面两个函数local_irq_save(flags) local_irq_restore(flags)这两个函数是一对local_irq_save函数用于禁止中断并且将中断状态保存在 flags 中。local_irq_restore用于恢复中断将中断到 flags 状态。二、上半部与下半部在有些资料中也将上半部和下半部称为顶半部和底半部都是一个意思。我们在使用request_irq申请中断的时候注册的中断服务函数属于中断处理的上半部只要中断触发那么中断处理函数就会执行。我们都知道中断处理函数一定要快点执行完毕越短越好但是现实往往是残酷的有些中断处理过程就是比较费时间我们必须要对其进行处理缩小中断处理函数的执行时间。比如电容触摸屏通过中断通知 SOC 有触摸事件发生SOC 响应中断然后通过 IIC 接口读取触摸坐标值并将其上报给系统。但是我们都知道 IIC 的速度最高也只有 400Kbit/S所以在中断中通过 IIC 读取数据就会浪费时间。我们可以将通过 IIC 读取触摸数据的操作暂后执行中断处理函数仅仅相应中断然后清除中断标志位即可。这个时候中断处理过程就分为了两部分上半部上半部就是中断处理函数那些处理过程比较快不会占用很长时间的处理就可以放在上半部完成。下半部如果中断处理过程比较耗时那么就将这些比较耗时的代码提出来交给下半部去执行这样中断处理函数就会快进快出。因此Linux 内核将中断分为上半部和下半部的主要目的就是实现中断处理函数的快进快出那些对时间敏感、执行速度快的操作可以放到中断处理函数中也就是上半部。剩下的所有工作都可以放到下半部去执行比如在上半部将数据拷贝到内存中关于数据的具体处理就可以放到下半部去执行。至于哪些代码属于上半部哪些代码属于下半部并没有明确的规定一切根据实际使用情况去判断这个就很考验驱动编写人员的功底了。这里有一些可以借鉴的参考点①、如果要处理的内容不希望被其他中断打断那么可以放到上半部。②、如果要处理的任务对时间敏感可以放到上半部。③、如果要处理的任务与硬件有关可以放到上半部④、除了上述三点以外的其他任务优先考虑放到下半部。上半部处理很简单直接编写中断处理函数就行了关键是下半部该怎么做呢Linux 内核提供了多种下半部机制接下来我们来学习一下这些下半部机制。1、软中断一开始 Linux 内核提供了 “bottom half” 机制来实现下半部简称 “BH”。后面引入了软中断和 tasklet 来替代 “BH” 机制完全可以使用软中断和 tasklet 来替代 BH从 2.5 版本的 Linux 内核开始 BH 已经被抛弃了。Linux 内核使用结构体softirq_action表示软中断softirq_action结构体定义在文件include/linux/interrupt.h中内容如下struct softirq_action { void (*action)(struct softirq_action *); };在kernel/softirq.c文件中一共定义了 10 个软中断如下所示static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS];NR_SOFTIRQS是枚举类型定义在文件include/linux/interrupt.h中定义如下enum { HI_SOFTIRQ0, /* 高优先级软中断 */ TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器软中断 */ NET_TX_SOFTIRQ, /* 网络数据发送软中断 */ NET_RX_SOFTIRQ, /* 网络数据接收软中断 */ BLOCK_SOFTIRQ, BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ, TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet软中断 */ SCHED_SOFTIRQ, /* 调度软中断 */ HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高精度定时器软中断 */ RCU_SOFTIRQ, /* RCU软中断 */ NR_SOFTIRQS };可以看出一共有 10 个软中断因此NR_SOFTIRQS为 10因此数组softirq_vec有 10 个元素。softirq_action结构体中的action成员变量就是软中断的服务函数数组softirq_vec是个全局数组因此所有的 CPU (对于 SMP 系统而言) 都可以访问到每个 CPU 都有自己的触发和控制机制并且只执行自己所触发的软中断。但是各个 CPU 所执行的软中断服务函数确是相同的都是数组softirq_vec中定义的action函数。要使用软中断必须先使用open_softirq函数注册对应的软中断处理函数open_softirq函数原型如下void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))函数参数和返回值如下nr要开启的软中断。action软中断对应的处理函数。返回值没有返回值。注册好软中断以后需要通过raise_softirq函数触发raise_softirq函数原型如下void raise_softirq(unsigned int nr)函数参数和返回值含义如下nr要触发的软中断。返回值没有返回值。软中断必须在编译的时候静态注册Linux 内核使用softirq_init函数初始化软中断softirq_init函数定义在kernel/softirq.c文件里面函数内容如下void __init softirq_init(void) { int cpu; for_each_possible_cpu(cpu) { per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail per_cpu(tasklet_vec, cpu).head; per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head; } open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action); open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action); }从示例代码可以看出softirq_init函数默认会打开TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ。2、tasklettasklet 是利用软中断来实现的另外一种下半部机制在软中断和 tasklet 之间建议大家使用 tasklet。Linux 内核使用tasklet_struct结构体来表示 taskletstruct tasklet_struct { struct tasklet_struct *next; /* 下一个tasklet */ unsigned long state; /* tasklet状态 */ atomic_t count; /* 计数器记录对tasklet的引用数 */ void (*func)(unsigned long); /* tasklet执行的函数 */ unsigned long data; /* 函数func的参数 */ };func 函数就是 tasklet 要执行的处理函数用户定义函数内容相当于中断处理函数。如果要使用 tasklet必须先定义一个 tasklet然后使用tasklet_init函数初始化 tasklettasklet_init函数原型如下void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data);函数参数和返回值含义如下t要初始化的 taskletfunctasklet 的处理函数。data要传递给 func 函数的参数返回值没有返回值。也可以使用宏DECLARE_TASKLET来一次性完成 tasklet 的定义和初始化DECLARE_TASKLET定义在include/linux/interrupt.h文件中定义如下DECLARE_TASKLET(name, func, data)其中 name 为要定义的 tasklet 名字这个名字就是一个tasklet_struct类型的时候变量func 就是 tasklet 的处理函数data 是传递给 func 函数的参数。在上半部也就是中断处理函数中调用tasklet_schedule函数就能使 tasklet 在合适的时间运行tasklet_schedule函数原型如下void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)函数参数和返回值含义如下t要调度的 tasklet也就是DECLARE_TASKLET宏里面的 name。返回值没有返回值。关于 tasklet 的参考使用示例如下所示/* 定义taselet */ struct tasklet_struct testtasklet; /* tasklet处理函数 */ void testtasklet_func(unsigned long data) { /* tasklet具体处理内容 */ } /* 中断处理函数 */ irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id) { ...... /* 调度tasklet */ tasklet_schedule(testtasklet); ...... } /* 驱动入口函数 */ static int __init xxxx_init(void) { ...... /* 初始化tasklet */ tasklet_init(testtasklet, testtasklet_func, data); /* 注册中断处理函数 */ request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, xxx, xxx_dev); ...... }3、工作队列工作队列是另外一种下半部执行方式工作队列在进程上下文执行工作队列将要推后的工作交给一个内核线程去执行因为工作队列工作在进程上下文因此工作队列允许睡眠或重新调度。因此如果你要推后工作可以睡眠那么就可以选择工作队列否则的话就只能选择软中断或 tasklet。Linux 内核使用work_struct结构体表示一个工作内容如下 (省略掉条件编译)struct work_struct { atomic_long_t data; struct list_head entry; work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */ };这些工作组织成工作队列工作队列使用workqueue_struct结构体表示内容如下 (省略掉条件编译)struct workqueue_struct { struct list_head pwqs; struct list_head list; struct mutex mutex; int work_color; int flush_color; atomic_t nr_pwqs_to_flush; struct wq_flusher *first_flusher; struct list_head flusher_queue; struct list_head flusher_overflow; struct list_head maydays; struct worker *rescuer; int nr_drainers; int saved_max_active; struct workqueue_attrs *unbound_attrs; struct pool_workqueue *dfl_pwq; char name[WQ_NAME_LEN]; struct rcu_head rcu; unsigned int flags __cacheline_aligned; struct pool_workqueue __percpu *cpu_pwqs; struct pool_workqueue __rcu *numa_pwq_tbl[]; };Linux 内核使用工作者线程 (worker thread) 来处理工作队列中的各个工作Linux 内核使用 worker 结构体表示工作者线程worker 结构体内容如下struct worker { union { struct list_head entry; struct hlist_node hentry; }; struct work_struct *current_work; work_func_t current_func; struct pool_workqueue *current_pwq; bool desc_valid; struct list_head scheduled; struct task_struct *task; struct worker_pool *pool; struct list_head node; unsigned long last_active; unsigned int flags; int id; char desc[WORKER_DESC_LEN]; struct workqueue_struct *rescue_wq; };从示例代码可以看出每个 worker 都有一个工作队列工作者线程处理自己工作队列中的所有工作。在实际的驱动开发中我们只需要定义工作 (work_struct) 即可关于工作队列和工作者线程我们基本不用去管。简单创建工作很简单直接定义一个work_struct结构体变量即可然后使用INIT_WORK宏来初始化工作INIT_WORK宏定义如下#define INIT_WORK(_work, _func)_work表示要初始化的工作_func是工作对应的处理函数。也可以使用DECLARE_WORK宏一次性完成工作的创建和初始化宏定义如下#define DECLARE_WORK(n, f)n 表示定义的工作 (work_struct)f 表示工作对应的处理函数。和 tasklet 一样工作也是需要调度才能运行的工作的调度函数为schedule_work函数原型如下所示bool schedule_work(struct work_struct *work)函数参数和返回值含义如下work要调度的工作。返回值0 成功其他值 失败。关于工作队列的参考使用示例如下所示/* 定义工作(work) */ struct work_struct testwork; /* work处理函数 */ void testwork_func_t(struct work_struct *work); { /* work具体处理内容 */ } /* 中断处理函数 */ irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id) { ...... /* 调度work */ schedule_work(testwork); ...... } /* 驱动入口函数 */ static int __init xxxx_init(void) { ...... /* 初始化work */ INIT_WORK(testwork, testwork_func_t); /* 注册中断处理函数 */ request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, xxx, xxx_dev); ...... }4、设备树中中断信息节点如果使用设备树的话就需要在设备树中设置好中断属性信息Linux 内核通过读取设备树中的中断属性信息来配置中断。对于中断控制器而言设备树绑定信息参考文档Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt。打开imx6ull.dtsi文件其中的intc节点就是 I.MX6ULL 的中断控制器节点节点内容如下所示intc: interrupt-controller00a01000 { compatible arm,cortex‑a7‑gic; #interrupt‑cells 3; interrupt‑controller; reg 0x00a01000 0x1000, 0x00a02000 0x100; };第 2 行compatible属性值为arm,cortex‑a7‑gic在 Linux 内核源码中搜索“arm,cortex‑a7‑gic”即可找到 GIC 中断控制器驱动文件。第 3 行#interrupt‑cells和#address‑cells、#size‑cells一样。表示此中断控制器下设备的 cells 大小对于设备而言会使用interrupts属性描述中断信息#interrupt‑cells描述了interrupts属性的 cells 大小也就是一条信息有几个 cells。每个 cells 都是 32 位整形值对于 ARM 处理的 GIC 来说一共有 3 个 cells这三个 cells 的含义如下第一个 cells中断类型0 表示 SPI 中断1 表示 PPI 中断。第二个 cells中断号对于 SPI 中断来说中断号的范围为 0~987对于 PPI 中断来说中断号的范围为 0~15。第三个 cells标志bit [3:0] 表示中断触发类型为 1 的时候表示上升沿触发为 2 的时候表示下降沿触发为 4 的时候表示高电平触发为 8 的时候表示低电平触发。bit [15:8] 为 PPI 中断的 CPU 掩码。第 4 行interrupt‑controller节点为空表示当前节点是中断控制器。对于 gpio 来说gpio 节点也可以作为中断控制器比如 imx6ull.dtsi 文件中的 gpio5 节点内容如下所示gpio5: gpio020ac000 { compatible fsl,imx6ul‑gpio, fsl,imx35‑gpio; reg 0x020ac000 0x4000; interrupts GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH, GIC_SPI 75 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH; gpio‑controller; #gpio‑cells 2; interrupt‑controller; #interrupt‑cells 2; };第 4 行interrupts描述中断源信息对于 gpio5 来说一共有两条信息中断类型都是 SPI触发电平都是IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH。不同之处在于中断源一个是 74一个是 75可以打开《IMX6ULL 参考手册》的 “Chapter 3 Interrupts and DMA Events” 章节找到表 3‑1有如图所示的内容从图可以看出GPIO5 一共用了 2 个中断号一个是 74一个是 75。其中 74 对应 GPIO5_IO00~GPIO5_IO15 这低 16 个 IO75 对应 GPIO5_IO16~GPIO5_IO31 这高 16 位 IO。第 8 行interrupt‑controller表明了 gpio5 节点也是个中断控制器用于控制 gpio5 所有 IO 的中断。第 9 行将#interrupt‑cells修改为 2。打开 imx6ull‑alientek‑emmc.dts 文件找到如下所示内容fxls84711e { compatible fsl,fxls8471; reg 0x1e; position 0; interrupt‑parent gpio5; interrupts 0 8; };fxls8471 是 NXP 官方的 6ULL 开发板上的一个磁力计芯片fxls8471 有一个中断引脚链接到了 I.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER0 引脚上这个引脚可以复用为 GPIO5_IO00。第 5 行interrupt‑parent属性设置中断控制器这里使用 gpio5 作为中断控制器。 第 6 行interrupts设置中断信息0 表示 GPIO5_IO008 表示低电平触发。简单总结一下与中断有关的设备树属性信息 ①、#interrupt‑cells指定中断源的信息 cells 个数。 ②、interrupt‑controller表示当前节点为中断控制器。 ③、interrupts指定中断号触发方式等。 ④、interrupt‑parent指定父中断也就是中断控制器。5、获取中断号编写驱动的时候需要用到中断号我们用到中断号中断信息已经写到了设备树里面因此可以通过irq_of_parse_and_map函数从interrupts属性中提取到对应的设备号函数原型如下unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)函数参数和返回值含义如下dev设备节点。index索引号interrupts属性可能包含多条中断信息通过 index 指定要获取的信息。 返回值中断号。如果使用 GPIO 的话可以使用gpio_to_irq函数来获取 gpio 对应的中断号函数原型如下int gpio_to_irq(unsigned int gpio)函数参数和返回值含义如下gpio要获取的 GPIO 编号。返回值GPIO 对应的中断号。demo按键点击跳转觉得有帮助的话打赏一下呗。。