中断处理机制解析

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简介: 【10月更文挑战第5天】中断处理需定义中断处理函数`irq_handler_t`,参数包括中断信号`irq`和通用指针`dev_id`。返回值`IRQ_NONE`表示非本设备中断,`IRQ_HANDLED`表示已处理,`IRQ_WAKE_THREAD`表示需唤醒等待进程。处理程序常分上下半部,关键部分在中断处理函数中完成,延迟部分通过工作队列处理。注册中断处理函数需调用`request_irq`,参数包括中断信号、处理函数、标志位、设备名和通用指针。

要处理中断,需要有一个中断处理函数。定义如下:

irqreturn_t (*irq_handler_t)(int irq, void * dev_id);
/**
 * enum irqreturn
 * @IRQ_NONE    interrupt was not from this device or was not handled
 * @IRQ_HANDLED    interrupt was handled by this device
 * @IRQ_WAKE_THREAD  handler requests to wake the handler thread
 */
enum irqreturn {
  IRQ_NONE    = (0 << 0),
  IRQ_HANDLED    = (1 << 0),
  IRQ_WAKE_THREAD    = (1 << 1),
};

image.gif

其中,irq 是一个整数,是中断信号。dev_id 是一个 void * 的通用指针,主要用于区分同一个中断处理函数对于不同设备的处理。

这里的返回值有三种:IRQ_NONE 表示不是我的中断,不归我管;IRQ_HANDLED 表示处理完了的中断;IRQ_WAKE_THREAD 表示有一个进程正在等待这个中断,中断处理完了,应该唤醒它。

很多中断处理程序将整个中断要做的事情分成两部分,称为上半部和下半部,或者成为关键处理部分和延迟处理部分。在中断处理函数中,仅仅处理关键部分,完成了就将中断信号打开,使得新的中断可以进来,需要比较长时间处理的部分,也即延迟部分,往往通过工作队列等方式慢慢处理。

有了中断处理函数,接下来要调用 request_irq 来注册这个中断处理函数。request_irq 有这样几个参数:

  • unsigned int irq 是中断信号;
  • irq_handler_t handler 是中断处理函数;
  • unsigned long flags 是一些标识位;
  • const char *name 是设备名称;
  • void *dev 这个通用指针应该和中断处理函数的 void *dev 相对应。

对于每一个中断,都有一个对中断的描述结构 struct irq_desc。它有一个重要的成员变量是 struct irqaction,用于表示处理这个中断的动作。每一个中断处理动作的结构 struct irqaction,都有以下成员:

  • 中断处理函数 handler;
  • void *dev_id 为设备 id;
  • irq 为中断信号;
  • 如果中断处理函数在单独的线程运行,则有 thread_fn 是线程的执行函数,thread 是线程的 task_struct。

在 request_threaded_irq 函数中,irq_to_desc 根据中断信号查找中断描述结构。如何查找呢?这就要区分情况。一般情况下,所有的 struct irq_desc 都放在一个数组里面,我们直接按下标查找就可以了。如果配置了 CONFIG_SPARSE_IRQ,那中断号是不连续的,就不适合用数组保存了。

真正中断的发生还是要从硬件开始。这里面有四个层次。

  • 第一个层次是外部设备给中断控制器发送物理中断信号。
  • 第二个层次是中断控制器将物理中断信号转换成为中断向量 interrupt vector,发给各个 CPU。
  • 第三个层次是每个 CPU 都会有一个中断向量表,根据 interrupt vector 调用一个 IRQ 处理函数。
  • 第四个层次是在 IRQ 处理函数中,将 interrupt vector 转化为抽象中断层的中断信号 irq,调用中断信号 irq 对应的中断描述结构里面的 irq_handler_t。

image.gif

对于每一个 CPU,都要求有一个 idt_table,里面存放了不同的中断向量的处理函数。中断向量表中已经填好了前 32 位,外加一位 32 位系统调用,其他的都是用于设备中断。

硬件中断的处理函数是 do_IRQ 进行统一处理,在这里会让中断向量,通过 vector_irq 映射为 irq_desc。

irq_desc 是一个用于描述用户注册的中断处理函数的结构,为了能够根据中断向量得到 irq_desc 结构,会把这些结构放在一个基数树里面,方便查找。

irq_desc 里面有一个成员是 irqaction,指向设备驱动程序里面注册的中断处理函数。


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