前言
本文记录的是在rk3568开发板通过按键中断的实验了解和学习linux中断irq
一、Linux中断简介
在单片机中,中断的过程:
①、使能中断,初始化相应的寄存器
②、编写中断服务函数,中断发生以后相应的中断服务函数就会执行。在 Linux 内核中也提供了大量的中断相关的 API 函数,我们来看一下这些跟中断有关的API 函数:
在Linux驱动中:
1.1 request_irq 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:
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。 |
这些标志可以通过“|”来实现多种组合。
Linux 按键输入实验》中使用 GPIO3_C5 这个 IO,通过将此 IO 接到 3.3V模拟按键按下,也就是按下以后为高电平,因此可以设置为上升沿触发,也就是将 flags 设置为IRQF_TRIGGER_RISING。
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。
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。
1.2 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_id)
函数参数和返回值含义如下:
irq:要释放的中断。
dev_id: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。
1.3 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_id 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备,dev_id 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:
irqreturn_t 结构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)
1.4 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 单片机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()//不建议使用
local_irq_disable()//不建议使用
建议使用以下API来全局打开或者关闭中断
local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)
1.5 获取中断号
编写驱动的时候需要用到中断号,我们用到的中断号,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 interupts 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。
二、上半部与下半部
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。
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。
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。
2.1 下半部机制——软中断(不建议)
softirq_action结构体定义在文件 include/linux/interrupt.h 中,内容如下:
代码如下(示例):
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:
示例代码 15.1.2.2 softirq_vec 数组
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:
示例代码 15.1.2.3 softirq_vec 数组
enum
{HI_SOFTIRQ=0, /* 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, IRQ_POLL_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
};
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 *))
函数参数和返回值含义如下:
nr:要开启的软中断,在示例代码 15.1.2.3 中选择要开启的软中断。
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,在示例代码 15.1.2.3 中选择要注册的软中断。
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:
示例代码 15.1.2.4 softirq_init 函数内容
625 void __init softirq_init(void)
626 {
627 int cpu;
628
629 for_each_possible_cpu(cpu) {
630 per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =
631 &per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;
632 per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =
633 &per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;
634 }
635
636 open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);
637 open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
638 }
从示例代码 15.1.2.4 可以看出,softirq_init 函数默认会打开 TASKLET_SOFTIRQ 和HI_SOFTIRQ
2.2 下半部机制——tasklet(建议)
在软中断和 tasklet 之间,建议大家使用 tasklet。tasklet_struct 结构体如下所示:
示例代码 15.1.2.5 tasklet_struct 结构体
542 struct tasklet_struct
543 {
544 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
545 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
546 atomic_t count; /* 计数器,记录对 tasklet 的引用数 */
547 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
548 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
549 };
第 547 行的 func 函数就是 tasklet 要执行的处理函数,用户实现具体的函数内容,相当于中断处理函数。
如果要使用 tasklet,必须先定义一个 tasklet_struct 变量,然后使用 tasklet_init 函数对其进行初始化,taskled_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&#x