i.MX6ULL终结者Linux中断实验Linux中断简介

1 Linux中断介绍

中断是指CPU在执行程序的过程中，出现了某些突发事件急待处理，CPU必须暂停当前程序的执行，转去处理突发事件，处理完毕后又返回原程序被中断的位置继续执行。由于中断的存在极大的提高了CPU的运行效率，但是设备的中断会打断内核进程中的正常调度和运行，系统对更高吞吐率的追求势必要求中断服务程序尽量短小精悍。

为保证系统实时性，中断服务程序必须足够简短，但实际应用中某些时候发生中断时必须处理大量的事物，这时候如果都在中断服务程序中完成，则会严重降低中断的实时性，基于这个原因，linux系统提出了一个概念：把中断服务程序分为两部分：顶半部-底半部 。

顶半部：完成尽可能少的比较急的功能，它往往只是简单的读取寄存器的中断状态，并清除中断标志后就进行“中断标记”（也就是把底半部处理程序挂到设备的底半部执行队列中）的工作。 顶半部的特点就是响应速度快。
底半部：处理中断的剩余大部分任务，可以被新的中断打断。

2 Linux中断相关函数

linux中断有专门的中断子系统，其实现原理很复杂，但是驱动开发者不需要知道其实现的具体细节，只需要知道如何应用该子系统提供的API函数来编写中断相关驱动代码即可。
1、中断号
每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中断线。在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号。
2、request_irq 函数
request_irq 函数用于申请中断，request_irq
函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用 request_irq 函数。request_irq 函数会激活(使能)中断，所以不需要我们手动去使能中断，request_irq 函数原型如下：

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

函数参数和返回值含义如下：
irq：要申请中断的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
flags：中断标志，可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志，这里我们介绍几个常用的中断标志，如下所示：

name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
dev：如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话，dev 用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体，dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。
返回值：0 中断申请成功，其他负值 中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经被申请了。
3、free_irq函数
中断使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。free_irq函数原型如下所示：

void free_irq(unsigned int irq, 
void  *dev) 

函数参数和返回值含义如下：
irq：要释放的中断。
dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断
只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
返回值：无。
4、中断处理函数
使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数格式如下所示：
irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)
第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。第二个参数是一个指向 void 的指针，也就是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，dev 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型，irqreturn_t 类型定义如下所示：

10 enum irqreturn { 
11		 IRQ_NONE = (0 << 0), 
12 		IRQ_HANDLED = (1 << 0), 
13		 IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1), 
14 }; 
15 
16 typedef enum irqreturn irqreturn_t; 

可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型，一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式：
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)

5、中断使能和禁止函数
常用的中断使用和禁止函数如下所示：

void enable_irq(unsigned int irq) 
void disable_irq(unsigned int irq)

enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断，irq 就是要禁止的中断号。disable_irq函数要等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回，因此使用者需要保证不会产生新的中断，并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外一个中断禁止函数：

void disable_irq_nosync(unsigned int irq)
disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕。
还有几个中断相关的函数，在前面Linux并发与竞争章节讲过的中断屏蔽功能。

local_irq_disable();		//屏蔽中断
local_irq_enable();		//打开中断
local_irq_save(flags);		//禁止中断并保存当前CPU中断信息
local_irq_restore(flags)；	//打开中断并回复之前保存的CPU中断信息

3 顶半部与底半部

有些资料中也将顶半部和底半部称为上半部和下半部，都是一个意思。Linux 内核将中断分为顶半部和底半部的主要目的就是实现中断处理函数的快进快出，那些对时间敏感、执行速度快的操作可以放到中断处理函数中，也就是顶半部。剩下的所有工作都可以放到底半部去执行，至于哪些代码要在顶半部完成，哪些代码要在底半部完成，并没有严格的要求，要根据实际情况来判断，下面有一些参考点：
① 如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。
② 如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。
③ 如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部
④ 除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。

Linux内核提供了很多种底半部机制，接下来看一下具体有哪些底半部机制。
1、软中断
软中断（Softirq）也是一种传统的底半部处理机制，它的执行时机通常是顶半部返回的时候，运行于软中断上下文。
Linux 内核使用结构体 softirq_action 表示软中断， softirq_action结构体定义在文件 include/linux/interrupt.