linux下的中断

什么是中断：

中断是指在CPU正常运行期间，由内外部事件或由程序预先安排的事件引起的CPU暂时停止正在运行的程序，保存当前状态，转而为该内部或外部事件或预先安排的事件服务的程序中去，服务完毕后再返回去，恢复之前的状态，继续运行被暂时中断的程序。
中断可为外部中断和内部中断。外部中断由外部硬件设备产生（又叫硬件中断、异步中断）和，内部中断由CPU本身产生（又叫异常中断，同步中断）。
中断可分为向量中断和非向量中断。向量中断是不同中断分配不同的中断号，非向量中断则省多个中断共享一个入口地址。
中断又可分为硬中断和软中断。硬中断是外设引发的强行中断。软中断则是有正在进行的进程所产生的，通常为 I/O 口的请求。

中断又分为顶半部和底半部：

中断会打断进程正常的调度和运行，然而中断又往往比较耗时，与系统实时性不相符。所以linux内核将中断分为了顶半部和底半部，（上半部）解决耗时的问题的来提高系统的实时性，（下半部）完成中断所需要的任务。
- 顶半部：读取寄存器中的中断状态，清除中断标志，将底半部挂到设备底半部的执行队列中，即可返回。其它比较耗时的内容就可以放在底半部完成，这样就符合耗时小的要求。（当然有些耗时比较小的可以直接在顶半部完成，就不需要底半部了）。
- 底半部：完成中断所需要处理的事情。这个过程是可以被其他中断打断，顶半部是不能被其他中断打断的。下半部则处理相对来说并不是非常紧急的，通常还是比较耗时的，因此由系统自行安排运行时机，不在中断服务上下文中执行。

中断的申请：成功返回0，返回-EINVAL表示中断号无效或处理函数指针为NULL，返回-EBUSY表示中断已经被占用且不能共享。

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
unsigned long irqflags, const char *name, void *dev)
irq 第一个参数，所需要申请的硬件中断号
handler 第二个参数，是向系统注册的中断处理顶半部的函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，dev参数将被传递给它。
irqflags 第三个参数，中断处理属性。中断的触发方式或者处理属性。
- 触发方式：IRQF_TRIGGER_RISING（上升沿）、IRQF_TRIGGER_FALLING（下降沿）、IRQF_TRIGGER_HIGH（高电平）、IRQF_TRIGGER_LOW（低电平）等。
- 处理属性：IRQF_SHARED （共享中断）、IRQF_DISABLED（禁止其他中断）。
name 第四个参数，设备的驱动名称，可以在 /proc/interrupt 查看。
dev 第五个参数，传递给中断函数的使用数据，一般设置为这个设备的结构体或NULL。

中断的释放：void free_irq(unsigned int irq, void *dev)，参数跟以上的 irq 和 dev 一致。

底半部中断：常见的底半部的有两种方式tasklet（小任务）、工作队列。

小任务tasklet：其实是一个软中断，一般都是在顶半部快结束了时执行，小任务不能睡眠，不能在小任务中使用信号量或者其它产生阻塞的函数。使用方法分为三步：

void my_tasklet_func(unsigned long); //定义一个底半部处理函数
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_func,data); //定义一个tasklet结构my_tasklet，与 my_tasklet_func 函数相关联
tasklet_schedule(&my_tasklet); //在顶半部调度，上一步已经完成和底半部的关联，这里就可以直接调用，会跳转到底半部处理函数去。

tasklet使用示范如下：

void my_tasklet_func(unsigned long data); //定义一个底半部处理函数
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_func,data); //定义一个tasklet结构my_tasklet，与 my_tasklet_func 函数相关联

//中断底半部处理函数
void my_tasklet_func(unsigned long)
{
    ...
}

//中断顶半部
irqrerurn_t xxx_handle(int irq, void *dev_id)
{
    ...
    tasklet_schedule(&my_tasklet);  //在顶半部调度。
    ...
}

xxx_init()
{
    ret = requset_irq(xxx_irq, xxx_handle, 0, "xxx", NULL);
}

void xxx_exit(void)
{
    free_irq(xxx_irq, xxx_handle);
}

module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

工作队列 workqueue：是另外一种将中断的部分工作推后的一种方式，它可以实现一些tasklet不能实现的工作，比如工作队列机制可以睡眠。这种差异的本质原因是，在工作队列机制中，将推后的工作交给一个称之为工作者线程（worker thread）的内核线程去完成。也就是说由工作队列所执行的中断代码会表现出进程的一些特性，最典型的就是可以重新调度甚至睡眠。使用如下：

struct work_struct my_work //定义一个工作队列
viod my_wq_func(struct work_struct *work) //定义一个底半部处理函数
INIT_WORK(&my_work, my_wq_func); //初始化并将工作队列和处理函数绑定
schedule_work(&my_work) //马上调度work，一旦工作线程被唤醒，这个工作就会被执行

工作队列使用示范如下：

struct work_struct my_work; //定义一个工作队列
viod my_wq_func(struct work_struct *work); //定义一个底半部处理函数

//中断底半部处理函数
viod my_wq_func(struct work_struct *work)
{
    ...
}

//中断顶半部
irqrerurn_t xxx_handle(int irq, void *dev_id)
{
    ...
    schedule_work(&my_work) //马上调度work，一旦工作线程被唤醒，这个工作就会被执行
    return IRQ_HANDLED;
}

xxx_init()
{
    INIT_WORK(&my_work, my_wq_func); //初始化并将工作队列和处理函数绑定
    ret = requset_irq(xxx_irq, xxx_handle, 0, "xxx", NULL);
}

void xxx_exit(void)
{
    destroy_workqueue(&my_work);
    free_irq(xxx_irq, xxx_handle);
}

module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

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