中斷與中斷處理

何為中斷？

• 一種由設備發向處理器的電信號
• 中斷不與處理器時鐘同步，隨時可以發生，內核隨時可能因為中斷到來而被打斷。
• 每一個中斷都有唯一一個數字標誌，稱之為中斷線（IRQ）
• 異常是由軟體產生，與處理器時鐘同步。

中斷處理程式

• 由內核調用來響應中斷
• 運行於中斷上下文
• 中斷的執行不可阻塞
• 中斷處理分為兩個部分，中斷處理程式是上半部（top half），還有下半部（bottom halves）

中斷處理程式註冊

• 中斷處理程式是管理硬體驅動程式的組成部分，如果設備使用中斷，其相應的驅動程式就會註冊一個中斷處理程式。

• 通過request_irq（）函數來註冊中斷處理程式

  int request_irq( unsigned irq,
      irq_handler_t handler,
      unsigned long flags,
      count char* name,
      void *dev)

• 第一個參數irq表示要分配的中斷號
• 第二個參數handler表示中斷處理程式指針
• 第三個表示標誌，可以為0、IRQF_DISABLE、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_TIMER、IRQF_SHARED
  • IRQF_DISABLE 表示該中斷處理期間，禁用所有其他中斷
  • IRQF_SAMPLE_RANDOM 這個設備產生的中斷對內核熵池有貢獻
  • IRQF_TIMER 為系統定時器中斷而準備的
  • IRQF_SHARED 表示多個中斷處理程式共用中斷線。
• 第四個參數name表示設備的文本表示

• 第五個參數dev用於共用中斷線，dev提供唯一的標誌信息。

需要註意的是，request_irq( )可能睡眠，因此不能再中斷上下文或者其他不允許阻塞的代碼中調用該函數。

中斷處理程式釋放

卸載驅動程式時，需要用free_irq（）註銷相應的中斷處理程式，並釋放中斷線。

  void free_irq(unsigned int irq, void *dev);

如果指定的中斷線不是共用的，那麼該函數刪除處理程式的同時將禁用這條中斷線。如果是共用的，只刪除dev對應的中斷處理程式。

編寫中斷處理程式

static irqreturn_t intr_handler(int irq, void * dev);

當一個給定的中斷處理程式正在執行時，相應的中斷線在所有的處理器上都會被屏蔽掉，以防止在同一條中斷線上接受另一個新的中斷。

中斷上下文

• 當執行一個中斷時，內核處於中斷上下文。
• 中斷上下文沒有後備進程，不可以睡眠。
• 中斷上下文有著嚴格的時間限制，因為其打斷了其他代碼（有可能打斷了其他中斷處理程式）。中斷上下文中的 代碼應該迅速簡潔，儘量不要使用迴圈去處理繁重的工作。

中斷控制

Linux內核提供了一組介面用於控制機器上的中斷狀態

• 禁止和激活中斷
  用於禁止、激活當前處理器的本地中斷，

  local_irq_disable();
  local_irqenable();

• 禁止指定中斷線

  void disable_irq(unsigned int irq);         //禁止控制器上某一條中斷線，函數只有在當前執行的所有處理程式完成後，才能返回 
  void disable_irq_nosync(unsigned int irq);  //禁止控制器上某一條中斷線，不會等待當前中斷處理程式執行完畢。
  void enable_irq(unsigned int irq);          //激活控制器上某一條中斷線， 
  void synchronize_irq(unsigned int irq);     //等待下一個特定的中斷處理程式退出

  在一條中斷線上，每次調用disable_irq_nosync()、disable_irq()，都需要調用一次enable_irq()，只有在enable_irq()完成了最後一次調用後，才完成了中斷線的激活。

• 這三個函數可以從中斷或進程上下文中調用，而且不會睡眠。