linux内核设计与实现（第七章）----中断处理

╰半夏微凉° 2022-10-02 01:51 206阅读 0赞

中断处理一般不是纯软件来实现的，需要硬件的支持。通过对中断的学习有助于更深入的了解系统的一些底层原理，特别是驱动程序的开发。

## 主要内容： ##

1.  什么是中断
2.  中断类型
3.  中断相关函数
4.  中断处理机制
5.  中断控制方法
6.  总结

# 1 什么是中断 #

为了提高CPU和外围硬件(硬盘，键盘，鼠标等等)之间协同工作的性能，引入了中断的机制。

没有中断的话，CPU和外围设备之间协同工作可能只有轮询这个方法：CPU定期检查硬件状态，需要处理时就处理，否则就跳过。

当硬件忙碌的时候，CPU很可能会做许多无用功（每次轮询都是跳过不处理）。

中断机制是硬件在需要的时候向CPU发出信号，CPU暂时停止正在进行的工作，来处理硬件请求的一种机制。

# 2 中断类型 #

中断一般分为异步中断(一般由硬件引起)和同步中断(一般由处理器本身引起)。

异步中断：CPU处理中断的时间过长，所以先将硬件复位，使硬件可以继续自己的工作，然后在适当时候处理中断请求中耗时的部分。

举个例子：网卡的工作原理

1.      网卡收到数据包后，向CPU发出中断信号，请求处理接收到的数据包
2.      CPU将收到的数据包拷贝到内存后，即通知网卡继续工作
3.      至于数据包拷贝至内存后的处理会在适当的时候进行

这样做避免了处理数据包时间过长导致网卡接收数据包速度变慢。

同步中断：CPU处理完中断请求的所有工作后才反馈硬件

举个例子：系统异常处理(比如运算中的除0操作)

1.      应用程序出现异常后，需要内核来处理
2.      内核调用相应的异常处理函数来处理异常
3.      处理完后终了应用程序或者给出message

同步中断应该处理能很快完成的一种中断。

# 3 中断相关函数 #

实现一个中断，主要需要知道3个函数：

*  注册中断的函数
 *  释放中断的函数
 *  中断处理程序的声明

## 3.1 注册中断的函数 ##

位置：<linux/interrupt.h>  include/linux/interrupt.h

定义如下：

/*
     * irg     - 表示要分配的中断号
     * handler - 实际的中断处理程序
     * flags   - 标志位，表示此中断的具有特性
     * name    - 中断设备名称的ASCII 表示，这些会被/proc/irq和/proc/interrupts文件使用
     * dev     - 用于共享中断线，多个中断程序共享一个中断线时(共用一个中断号)，依靠dev来区别各个中断程序
     * 返回值：
     * 执行成功：0
     * 执行失败：非0
     */
    int request_irq(unsigned int irq,
                    irq_handler_t handler,
                    unsigned long flags,
                    const char* name,
                    void *dev)

## 3.2 释放中断的函数 ##

定义比较简单：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev)

如果不是共享中断线，则直接删除irq对应的中断线。

如果是共享中断线，则判断此中断处理程序是否中断线上的最后一个中断处理程序，

是最后一个中断处理程序 -> 删除中断线和中断处理程序

不是最后一个中断处理程序 -> 删除中断处理程序

## 3.3 中断处理程序的声明 ##

声明格式如下：

/* 
     * 中断处理程序的声明
     * @irp  - 中断处理程序(即request_irq()中handler)关联的中断号
     * @dev  - 与 request_irq()中的dev一样，表示一个设备的结构体
     * 返回值：
     * irqreturn_t -  执行成功：IRQ_HANDLED  执行失败：IRQ_NONE
     */
    static irqreturn_t intr_handler(int, irq, void *dev)

# 4 中断处理机制 #

中断处理的过程主要涉及3函数：

*  do\_IRQ 与体系结构有关，对所接收的中断进行应答
 *  handle\_IRQ\_event 调用中断线上所有中断处理
 *  ret\_from\_intr 恢复寄存器，将内核恢复到中断前的状态

处理流程可以参见书中的图，如下：

![1372924268_8942.png][]

# 5 中断控制方法 #

常用的中断控制方法如下：

<table style="width:697px"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><strong>函数</strong></p> </td> 
   <td> <p><strong>说明</strong></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>local_irq_disable()</td> 
   <td>禁止本地中断传递</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>local_irq_enable()</td> 
   <td>激活本地中断传递</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>local_irq_save()</td> 
   <td>保存本地中断传递的当前状态，然后禁止本地中断传递</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>local_irq_restore()</td> 
   <td>恢复本地中断传递到给定的状态</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>disable_irq()</td> 
   <td>禁止给定中断线，并确保该函数返回之前在该中断线上没有处理程序在运行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>disable_irq_nosync()</td> 
   <td>禁止给定中断线</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>enable_irq()</td> 
   <td>激活给定中断线</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>irqs_disabled()</td> 
   <td>如果本地中断传递被禁止，则返回非0；否则返回0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>in_interrupt()</td> 
   <td>如果在中断上下文中，则返回非0；如果在进程上下文中，则返回0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>in_irq()</td> 
   <td>如果当前正在执行中断处理程序，则返回非0；否则返回0</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 6 总结 #

中断处理对处理时间的要求很高，如果一个中断要花费较长时间，那么中断处理一般分为2部分。

上半部只做一些必要的工作后，立即通知硬件继续自己的工作。

中断处理中耗时的部分，也就是下半部的工作，CPU会在适当的时候去完成。

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