Linux驱动中断下半部的三种方法

简介: Linux驱动中断下半部的三种方法

什么是中断下半部

当产生一个中断时,会进入中断处理程序。

中断处理程序必须快速、异步、简单的对硬件做出迅速响应并完成那些时间要求很严格的操作。

因此,对于那些其他的、对时间要求相对宽松的任务,就应该推后到中断被激活以后再去运行

这样,整个中断处理流程就被分为了两个部分

  • 第一个部分是中断处理程序(上半部),内核通过对它的异步执行完成对硬件中断的即时响应。
  • 中断处理流程中的另外那一部分,下半部(bottom half)

下半部的任务主要是执行与中断相关的工作,这些工作没有被中断服务程序本身完成

下半部并不需要指明一个确切时间,只要把这些任务推迟一点,让它们在系统不太繁忙并且中断恢复后执行就可以了。

上半部和下半部的主要区别

  • 上半部指的是中断处理程序下半部则指的是一些虽然与中断有相关性但是可以延后执行的任务。
  • 上半部中断不能被相同类型的中断打断,而下半部依然可以被中断打断
  • 通常下半部在中断处理程序一返回就会马上运行。
  • 上半部分简单快速,执行的时候禁止一些或者全部中断。
  • 下半部分稍后执行,而且执行期间可以响应所有的中断。

Linux中,对中断下半部的实现主要有三种:

  • 软中断
  • tasklet
  • 工作队列

softirq

softirq即软中断,代码位于kernel/softirq.c文件中;

每个软中断由softirq_action结构表示:

softirq.c中定义了一个软中断向量数组softirq_vec

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;  
    enum  
    {  
       HI_SOFTIRQ=0, /*用于高优先级的tasklet*/  
       TIMER_SOFTIRQ, /*用于定时器的下半部*/  
       NET_TX_SOFTIRQ, /*用于网络层发包*/  
       NET_RX_SOFTIRQ, /*用于网络层收报*/  
       BLOCK_SOFTIRQ,  
       BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,  
       TASKLET_SOFTIRQ, /*用于低优先级的tasklet*/  
       SCHED_SOFTIRQ,  
       HRTIMER_SOFTIRQ,  
       RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */  
       NR_SOFTIRQS  
   };

数组的成员数由NR_SOFTIRQS决定,是一个枚举常量。

新增一个软中断时,需要在文件include/linux/interrupt.h 中添加一个枚举常量。

软中断使用的几个要点

  • 一个软中断不会抢占另外一个软中断。
  • 惟一可以抢占软中断的是中断处理程序。
  • 其他的软中断可以在其他处理器上同时执行。

相关接口

  • 注册软中断
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

即注册对应类型的处理函数到全局数组softirq_vec中。

  • 触发软中断
void raise_softirq(unsigned int nr)

实际上即以软中断类型nr作为偏移量会置位irq_stat[cpu_id]的成员变量__softirq_pending.

__softirq_pending字段中的每一个bit,对应着某一个软中断,某个bit被置位,说明有相应的软中断等待处理。

这也是同一类型软中断可以在多个cpu上并行运行的根本原因。

软中断实例

以一个按键驱动的中断处理为例,将按键驱动的中断处理分成上下两部分:

  • 上半部:读取键值,触发软中断
  • 下半部:唤醒进程

软中断的注册,在驱动的入口函数,注册软中断:

添加的枚举常量:

可以看到,使用软中断是需要修改内核,添加一个枚举的,有些繁琐。

所以,通常我们不建议擅自增加软中断的数量,如果需要新的软中断,尽可能把它们实现为基于软中断的tasklet形式。

tasklet

tasklet是利用软中断实现的一种下半部机制

那是用软中断还是tasklet好呢?

选择到底是用软中断还是tasklet其实很简单:

  • 通常你应该用tasklet就像我们在前面看到的,软中断资源有限,也麻烦,而且软中断的使用者屈指可数。它只在那些执行频率很高和连续性要求很高的情况下才需要。
  • tasklet却有更广泛的用途。大多数情况下用tasklet效果都不错,而且它们还非常容易使用。
  • 因为tasklet是通过软中断实现的,所以它们本身也是软中断

tasklet使用

tasklet的使用步骤如下:

1、编写tasklet处理函数(下半部

void my_tasklet_fun (unsigned long data)

2、声明tasklet

//静态 
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_fun,data); 
//动态
Struct  tasklet_struct xxx;
tasklet_init(&xxx,tasklet_handler,dev)

3、调度 tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

登记my_tasklet, 然后允许系统在合适的时间调度它。

tasklet实例

以按键中断驱动为例:

先使用DECLARE_TASKLET静态声明一个tasklet,指定其下半部函数为btn_tasklet_func,在中断服务函数(上半部)获取按键值后,调用tasklet_schedule调度。

work queue

work queue工作队列,也是中断下半部的一种。

Work queue将下半部工作推迟给一个内核线程去执行 ——work 总是运行于进程上下文.

两个要点

  • 如果推迟的工作需要睡眠,则使用work queues。否则使用softirqtasklets.
  • Work queues适用于需要分配大量的内存,获得一个信号量,或者执行阻塞的I/O的情况.

工作队列的相关接口函数:

在使用上,工作队列tasklet是类似的:

end

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