By:Ailson Jack
Date:2016.04.08
个人博客:www.only2fire.com
本文在我博客的地址是：http://www.only2fire.com/archives/62.html，排版更好，便于学习。
1、中断概述
如何让处理器和外部设备协同工作，并且不会降低机器的整体性能呢？这里有两种方法：
轮询是其中之一的解决办法，但是这种方法可能会让内核做不少的无用功。
中断是另一种解决办法，即硬件在需要的时候向内核发出信号，此时内核会暂停当前正在处理的任务，去处理硬件发出的请求，待处理完成之后，接着执行之前的任务。
中断分为同步中断（异常）和异步中断（一般由硬件产生）。
硬件设备生成中断的时候并不考虑和处理器的时钟同步—换句话说就是中断随时可以产生。因此内核随时可能因为新到来的中断而被打断。不同的设备对应的中断不同，而每个中断都通过唯一的数字标志。这些中断值通常被称为中断请求（IRQ）线。每个IRQ线都会关联一个数值量。例如，在经典的PC机上，IRQ0是时钟中断，而IRQ1是键盘中断。
2、中断处理程序
在响应一个特定中断的时候，内核会执行一个函数，这个函数就叫做中断处理程序（interrupt handler）或者中断服务例程（interrupt service routine，ISR）。
一个设备的中断处理程序是它设备驱动程序的一部分—设备驱动程序是用于对设备进行管理的内核代码。
中断随时可能发生，因此中断处理程序也就随时可能执行。所以中断处理程序必须尽可能快的被执行完，同时中断打断了系统其它任务的执行，如果中断处理程序运行的时间过长，那么系统的整体性能也就会下降。
下面来看一个例子，假设某个中断需要处理的工作量比较大，比如网卡的中断处理程序，它在接收到中断之后，除了对硬件做出应答，还需要把硬件的网络数据包拷贝到内存，然后对其进行处理再交给合适的协议栈或应用程序。显然，这种工作量不会太小。
为了解决中断处理程序既想运行得快，又想完成的工作量多的需求，我们一般中断处理分成两个部分或两半。中断处理程序是上半部（top half）—接收到一个中断，它就立即开始执行，但只做有严格时限的工作，例如对接收的中断进行应答或者复位硬件，这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。能够被允许稍后完成的工作会被推迟到下半部（bottom half）去，此后，在合适的时机，下半部会被开中断执行。这里只关心中断的上半部也就是中断的处理程序，而对于中断的下半部将在第8章中进行说明。
3、中断处理相关函数
1）、注册中断处理程序
中断处理程序是管理硬件的驱动程序的一部分。驱动程序可以通过request_irq()函数注册一个中断处理程序（它被声明在文件<linux/interrupt.h>），并且激活给定的中断线，以处理中断，函数的定义如下：
/*
* irq – 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)
其中flags常用的标志：
IRQF_DISABLED：该标志被设置后，意味着内核在处理中断处理程序本身期间，要禁止所有的其它中断。如果不设置，中断处理程序可以与除本身外的其它任何中断同时运行。
IRQF_TIMER：该标志是特别为系统定时器的中断处理而准备的。
IRQF_SHARED：此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；否则，在每条线上只能有一个处理程序。
注意：request_irq()函数可能会睡眠，因此，不能在中断上下文或者其他不允许阻塞的代码中调用该函数。还有一点很重要，初始化硬件和注册中断处理程序的顺序必须正确，以防止中断处理程序在设备初始化完成之前就开始执行。
2）、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，此时需要调用函数：
void free_irq(unsigned int irq, void *dev)
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，那么仅删除dev所对应的处理程序，而这条中断线本身只有在删除了最后一个处理程序时才会被禁用。必须在进程上下文中调用free_irq()。
3）、中断处理程序的声明
/*
* 中断处理程序的声明
* @irq – 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个函数：
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
中断从硬件到内核的路由如下图：
5、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。这些接口为我们提供了能够禁止当前处理器的中断系统，或屏蔽掉整个机器的一条中断线的能力，这些例程都是与体系结构相关的，可以在<asm/system.h>和<asm/irq.h>文件中找到。
常见的控制方法见下表：
6、总结
中断处理程序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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