“小王，醒醒，開始上課了，今天咱們開始講中斷，這可是高級東西，錯過不補哈”我使勁推著睡夢中的小王。
“嗯？感情好啊，快點，快點”小王一聽有新東西講，像打了雞血似的興奮，連我都懷疑起她是不是性格中喜新厭舊。
不管那么多了，我講我的，她厭她的…
啥叫中斷？就是指cpu在執(zhí)行過程中，出現(xiàn)了某些突發(fā)事件時CPU必須暫停執(zhí)行當前的程序，轉(zhuǎn)去處理突發(fā)事件，處理完畢后CPU有返回原程序被中斷的位置并繼續(xù)執(zhí)行。
中斷的分法不懂，分類就不同，向什么內(nèi)外部中斷，可/不可屏蔽中斷…等等亂七八糟一大堆，我這里要說明的一點是按照中斷入口跳轉(zhuǎn)方法的不同，可分為向量中斷和非向量中斷。采用向量中斷的CPU通常為不同的中斷分配不同的中斷號，當檢測到某中斷號的中斷到來后，就自動跳轉(zhuǎn)到與該中斷號對應的地址執(zhí)行。不同的中斷號有不同的中斷地址（即入口）。而非向量中斷的多個中斷共享一個入口地址。進入后根據(jù)軟件判斷中斷標志來識別具體是哪個中斷。也就是說，向量中斷是由硬件提供中斷服務程序入口地址，非向量中斷由軟件提供中斷服務程序入口地址。
我們在后邊會說到一個時鐘定時器，它也是通過中斷來實現(xiàn)的。它的原理很簡單，嵌入式微處理器它接入一個時鐘輸入，當時鐘脈沖到來時，就將目前的計數(shù)器值加1并和預先設(shè)置的計數(shù)值比較，若相等，證明計數(shù)周期滿，產(chǎn)生定時器中斷并復位目前計數(shù)器值。
Linux中斷處理架構(gòu)
設(shè)備的中斷會打斷內(nèi)核中進程的正常調(diào)度和運行，會影響系統(tǒng)的性能。為了在中斷執(zhí)行時間盡可能短和中斷處理需完成大量工作之間找到一個平衡點，Linux將中斷處理程序分解成兩個半部：頂半部和底半部。其中頂半部盡可能完成盡可能少的比較緊急的功能。而底半部幾乎做了中斷處理程序所有的事情，而且可以被新的中斷打斷。
在linux設(shè)備驅(qū)動中，提供了一系列函數(shù)來幫助設(shè)備實現(xiàn)中斷的相關(guān)操作：
1）設(shè)備申請中斷
int request_irq(unsigned int irq, //irq是要申請的中斷號
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs * *regs),//回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時，系統(tǒng)會調(diào)用該函數(shù)，
unsigned long irqflags,
const char *devname,
void *dev_id);
其中irqflags是中斷處理的屬性，若設(shè)置為SA_INTERRUPT,則表示中斷處理程序是快速處理程序，它被調(diào)用時屏蔽所有中斷。若設(shè)置為SA_SHIRQ,則表示多個設(shè)備共享中斷，dev_id在中斷共享時會用到，一般設(shè)置為這個設(shè)備的設(shè)備結(jié)構(gòu)體或者NULL.
該函數(shù)返回0表示成功，返回-INVAL表示中斷號無效或處理函數(shù)指針為NULL,返回EBUSY表示中斷已經(jīng)被占用且不能共享。
2）釋放中斷
free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
3)使能和屏蔽中斷
void disable_irq(int irq); //這個會立即返回
void disable_irq_nosync(int irq);//等待目前的中斷處理完成再返回。
void enable_irq(int irq);
上述三個函數(shù)作用于可編程中斷處理器，因此對系統(tǒng)內(nèi)所有的CPU都生效。
void local_irq_save(unsigned long flags);//會將目前的中斷狀態(tài)保留在flags中
void local_irq_disable(void);//直接中斷
這兩個將屏蔽本CPU內(nèi)的所有中斷。對應的上邊兩個中斷的方法如下
void local_irq_restore(unsigned long flags);
void local_irq_enable(void);
我們兩邊說了Linux系統(tǒng)中中斷是分為頂半部和底半部的，那么在系統(tǒng)實現(xiàn)方面是具體怎樣實現(xiàn)的呢，這主要有tasklet，工作隊列，軟中斷：
1)tasklet：使用比較簡單，如下：
void my_tasklet_function(unsigned long); //定義一個處理函數(shù)
DECLARE_TASKLET(my_tasklet, my_tasklet_function, data); //定義了一個名叫my_tasklet的tasklet并將其與處理函數(shù)綁定，而傳入?yún)?shù)為data
在需要調(diào)度tasklet的時候引用一個tasklet_schedule()函數(shù)就能使系統(tǒng)在適當?shù)臅r候進行調(diào)度運行：tasklet_schedule(&my_tasklet);
2)工作隊列：使用方法和tasklet相似，如下：
struct work_struct my_wq; //定義一個工作隊列
void my_wq_func(unsigned long); //定義一個處理函數(shù)
通過INIT_WORK()可以初始化這個工作隊列并將工作隊列與處理函數(shù)綁定，如下：
INIT_WORK(&my_wq, (void (*)(void *))my_wq_func, NULL); //初始化工作隊列并將其與處理函數(shù)綁定
同樣，使用schedule_work(&my_irq)；來在系統(tǒng)在適當?shù)臅r候需要調(diào)度時使用運行。
3)軟中斷：使用軟件方式模擬硬件中斷的概念，實現(xiàn)宏觀上的異步執(zhí)行效果，tasklet也是基于軟中斷實現(xiàn)的。
在Linux內(nèi)核中，用softirq_action結(jié)構(gòu)體表征一個軟中斷，這個結(jié)構(gòu)體中包含軟中斷處理函數(shù)指針和傳遞給函數(shù)的參數(shù)，使用open_softirq()可以注冊軟中斷對應的處理函數(shù)，而raise_softirq()函數(shù)可以觸發(fā)一個中斷。
軟中斷和tasklet仍然運行與中斷上下文，而工作隊列則運行于進程上下文。因此，軟中斷和tasklet的處理函數(shù)不能休眠，但工作隊列是可以的。
local_bh_disable()和local_bh_enable()是內(nèi)核用于禁止和使能軟中斷和tasklet底半部機制的函數(shù)。
下邊咱們再來說說有關(guān)中斷共享的相關(guān)點：中斷共享即是多個設(shè)備共享一根硬件中斷線的情況。Linux2.6內(nèi)核支持中斷共享，使用方法如下：
*共享中斷的多個設(shè)備在申請中斷時都應該使用SA_SHIRQ標志，而且一個設(shè)備以SA_SHIRQ申請某中斷成功的前提是之前該中斷的所有設(shè)備也都以SA_SHIRQ標志申請該終端
*盡管內(nèi)核模塊可訪問的全局地址都可以作為request_irq(….,void *dev_id)的最后一個參數(shù)dev_id,但是設(shè)備結(jié)構(gòu)體指針是可傳入的最佳參數(shù)。
*在中斷帶來時，所有共享此中斷的中斷處理程序都會被執(zhí)行，在中斷處理程序頂半部中，應迅速根據(jù)硬件寄存器中的信息比照傳入的dev_id參數(shù)判斷是否是被設(shè)備的中斷，如果不是，應迅速返回。
結(jié)語：在這次講解中說了三種Linux系統(tǒng)中中斷的頂/底半部機制和中斷共享的先關(guān)內(nèi)容，但礙于頁面空間的原因，沒有給出例子，我在下次博客中會專門來對每個點給出典型的模版.
“小濤哥，快醒醒，快醒醒..”小王使勁推著睡夢中的我，“你不是說今天要講昨天有關(guān)的典型模板實例嗎…”
“??？小姐啊，現(xiàn)在才早上8點，還讓人睡覺不，別吵”我一頭鉆進被子里說。
“不管，誰讓你昨天不說完，還賣個小關(guān)子，害我昨天晚上都沒睡好，想了一晚上…”
我揉揉蒙蒙的眼說：“行，權(quán)當看在你渴求的心情上，但只此一次，下不為例，我還想好好睡懶覺呢..”
昨天我們講了有關(guān)中斷方面的東西，鑒于小王你不太懂，我今天就專門拿出一章來說說前邊中斷的使用典型模版，你照抄也方便不是：
1)在中斷分類中，我們說到了有關(guān)向量中斷和非向量中斷，向量中斷就是入口地址不同，進不同的地址做不同的事。那非向量中斷則是進同一地址，至于區(qū)分就放在了進去后用條件判斷,請看下邊的模板：
irq_handler(){ ... int int_src = read_int_status(); //讀硬件的中斷相關(guān)寄存器 switch(int_src) //判斷中斷源 ｛ case DEV_A: dev_a_handler(); break; case DEV_B: dev_b_handler(); break; .... default: break; ｝}2)在底半部機制中，我們講了tasklet，工作隊列和軟中斷先來看tasklet
tasklet使用模版：
void xxx_do_tasklet(unsigned long);DECLARE_TASKLET(XXX_tasklet, xxx_do_tasklet, 0);void xxx_do_tasklet(unsigned long) //中斷處理底半部{ .....}irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) //中斷處理頂半部{ ... tasklet_schedule(&xxx_tasklet);}int __init xxx_init(void) //設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù){ .. result= request_irq(xxx_irq, xxx_interrupt, SA_INTERRUPT, "XXX",NULL); //申請中斷 ...}void __exit xxx_exit(void) //設(shè)備驅(qū)動卸載模塊{ .. free_irq(xxx_irq, xxx_interrupt); //釋放中斷 ..}
struct work_struct xxx_wq;void xxx_do_work(unsigned long);void xxx_do_work(unsigned long) //中斷處理底半部{ .....}irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) //中斷處理頂半部{ ... schedule_work(&xxx_wq);}int xxx_init(void) //設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù){ .. result= request_irq(xxx_irq, xxx_interrupt, SA_INTERRUPT, "XXX",NULL); //申請中斷 ... INIT_WORK(&xxx_wq, (void (*)(void *))xxx_do_work, NULL); ...}void __exit xxx_exit(void) //設(shè)備驅(qū)動卸載模塊{ .. free_irq(xxx_irq, xxx_interrupt); //釋放中斷 ..}
3)在上節(jié)最后我還給你講了有關(guān)中斷共享的東西吧，小王，也把模版給你：
irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) //中斷處理頂半部{ ... int status = read_int_status(); //獲取終端源 if(!is_myint(dev_id, status)) //判斷是否是本設(shè)備的中斷 { return IRQ_NONE://立即返回 } .. return IRQ_HANDLED;}int __init xxx_init(void) //設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù){ .. result= request_irq(xxx_irq, xxx_interrupt, SA_SHIRQ, "XXX",xxx_dev); //申請共享中斷 ...}void __exit xxx_exit(void) //設(shè)備驅(qū)動卸載模塊{ .. free_irq(xxx_irq, xxx_interrupt); //釋放中斷 ..}
共享中斷中，我們仔細看一下其實也沒什么，不是。就是在和前邊中斷中要修改一下中斷標志，在中斷處理中判斷一下是否是自己本地的中斷，這個我都用紅色的標識出來了。
“小王，看，小濤哥說話算數(shù)吧，上邊給出了所有模版，結(jié)合前一篇，相信你可以看的很順利的。好了，我要補補剛的覺了，中間不許叫我哈，想我也不行”我打打哈欠說。
晚上7點10分..
“小濤哥，這章不是叫Linux設(shè)備驅(qū)動程序之中斷與時鐘，前邊你講了中斷，還給了我很多模版，我都看懂了，這次是不是要開始講時鐘了..”
“真聰明，越來越喜歡你這聰明的樣子了，說的不錯，今天就要開始一個新的模塊--內(nèi)核時鐘”我很少夸人，為啥今天夸她呢了，呵呵.
定時器，意思大家都明白，我就不說了，要是不明白，把它想成個鬧鐘總可以吧..
定時器分為硬件和軟件定時器，軟件定時器最終還是要依靠硬件定時器來完成。內(nèi)核在時鐘中斷發(fā)生后檢測各定時器是否到期，到期后的定時器處理函數(shù)將作為軟中斷在底半部執(zhí)行。實質(zhì)上，時鐘中斷處理程序執(zhí)行update_process_timers函數(shù)，該函數(shù)調(diào)用run_local_timers函數(shù)，這個函數(shù)處理TIMER_SOFTIRQ軟中斷，運行當前處理上到期的所有定時器。
Linux內(nèi)核中定義提供了一些用于操作定時器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)如下：
1)timer_list:說定時器，當然要來個定時器的結(jié)構(gòu)體
struct timer_list{ struct list_head entry; //定時器列表 unsigned long expires; //定時器到期時間 void (*function)(unsigned long) ;//定時器處理函數(shù) unsigned long data; //作為參數(shù)被傳入定時器處理函數(shù) struct timer_base_s *base;}
2)初始化定時器：void init_timer(struct timer_list *timer);經(jīng)過這個初始化后，entry的next為NULL,并給base賦值
3)增加定時器：void add_timer(struct timer_list *timer); 該函數(shù)用于注冊內(nèi)核定時器，并將定時器加入到內(nèi)核動態(tài)定時器鏈表中。
4)刪除定時器：int del_timer(struct timer_list *timer);
說明：del_timer_sync是del_timer的同步版，主要在多處理器系統(tǒng)中使用，如果編譯內(nèi)核時不支持SMP,del_timer_sync和del_timer等價.
5)修改定時器：int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);
下邊是一個使用定時器的模版：
struct xxx_dev /*second設(shè)備結(jié)構(gòu)體*/ { struct cdev cdev; /*cdev結(jié)構(gòu)體*/ ... struct timer_list xxx_timer; /*設(shè)備要使用的定時器*/};int xxx_func1(...) //xxx驅(qū)動中某函數(shù) { struct xxx_dev *dev = filp->private_data; ... /*初始化定時器*/ init_timer(&dev->xxx_timer); dev->xxx_timer.function = &xxx_do_handle; dev->xxx_timer.data = (unsigned long)dev; dev->xxx_timer.expires = jiffies + delay; add_timer(&dev->xxx_timer); /*添加（注冊）定時器*/ ... return 0;}int xxx_func2(...) //驅(qū)動中某函數(shù) { ... del_timer(&second_devp->s_timer); ...}static void xxx_do_timer(unsigned long arg) //定時器處理函數(shù) { struct xxx_device *dev = (struct xxx_device *)(arg); ... //調(diào)度定時器再執(zhí)行 dev->xxx_timer.expires = jiffies + delay; add_timer(&dev->xxx_timer);}
在定時器函數(shù)中往往會在做完具體工作后，延遲expires并將定時器再次添加到內(nèi)核定時器鏈表中，以便定時器能被再次觸發(fā)(這句話我也是從別處抄來的，別告訴小王哈)。
在內(nèi)核定時器中，常常少不了要說下內(nèi)核延遲的事，請接著往下看：
1）短延遲：在linux內(nèi)核中提供了三個函數(shù)來分別實現(xiàn)納秒，微秒，毫秒延遲,原理上是忙等待，它根據(jù)CPU頻率進行一定次數(shù)的循環(huán)
void ndelay(unsigned long nsecs); void udelay(unsigned long usecs); void mdelay(unsigned long msecs);
毫秒延遲已經(jīng)相當大了，當然更秒延遲當然要小一些，在內(nèi)核中，為了性能，最好不要用mdelay，這會耗費大量cpu資源，那么咋辦呢，涼拌..
void msleep(unsigned int millisecs); unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs); void ssleep(unsigned int seconds);
這三個是內(nèi)核專門提供該我們用來處理毫秒以上的延遲。上述函數(shù)將使得調(diào)用它的進程睡眠參數(shù)指定的秒數(shù)，其中第二個是可以被打斷的，其余的兩個是不可以的。
2）長延遲:內(nèi)核中進行延遲最常用的方法就是比較當前的jiffies和目標jiffies(當前的加上時間間隔的jiffies)，直到未來的jiffies達到目標jiffies。比如：
unsigned long delay = jiffies + 100; //延遲100個jiffieswhile(time_before(jiffies, delay));
與time_before對應的還有一個time_after().其實就是#define time_before(a,b) time_after(b,a);
另外兩個是time_after_eq(a,b)和time_before_eq(a,b)
3)睡著延遲：這顯然是比忙等待好的方法，因為在未到來之前，進程會處于睡眠狀態(tài)，把CPU空出來，讓CPU可以做別的事情，等時間到了，調(diào)用schedule_timeout()就可以喚醒它并重新調(diào)度執(zhí)行。msleep和msleep_interruptible本質(zhì)上都是依靠包含了schedule_timeout的schedule_timeout_uninterruptible()和schedule_
timeout_interruptible()實現(xiàn)。就像下邊這樣：
void msleep(unsigned int msecs)
{ unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1; while(timeout) timeout = schedule_timeout_uninterruptible(timeout);}unsigned long msleep_interruptible(unsigned int msecs){ unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1; while(timeout && !signal_pending(current)) timeout = schedule_timeout_interruptible(timeout); return jiffies_to_msecs(timeout);}signed long __sched schedule_timeout_interruptible()signed long timeout){ __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); return schedule_timeout(timeout);}signed long __sched schedule_timeout_uninterruptible()signed long timeout){ __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE); return schedule_timeout(timeout);}
“小王，小王，今天可是這一章節(jié)最后一節(jié)了，知識點咱們前邊都講過了，今天主要是給你用前邊的東西講一個實際例子---秒字符設(shè)備驅(qū)動程序”
這個驅(qū)動程序會在被打開的時候初始化一個定時器并將其添加到內(nèi)核定時器鏈表中，每秒輸出一次當前的jiffies，這意味著，定時器處理函數(shù)中每次都要修改新的expires。不多說了，看代碼分析：
#include …//必要的系統(tǒng)頭文件
#define SECOND_MAJOR 252 /*預設(shè)的second的主設(shè)備號*/static int second_major = SECOND_MAJOR;struct second_dev /*second設(shè)備結(jié)構(gòu)體*/ { struct cdev cdev; /*cdev結(jié)構(gòu)體*/ atomic_t counter;/* 一共經(jīng)歷了多少秒？*/ struct timer_list s_timer; /*設(shè)備要使用的定時器*/};struct second_dev *second_devp; /*設(shè)備結(jié)構(gòu)體指針*/static void second_timer_handle(unsigned long arg) /*定時器處理函數(shù)*/ { mod_timer(&second_devp->s_timer,jiffies + HZ); atomic_inc(&second_devp->counter); printk(KERN_NOTICE "current jiffies is %ld\n", jiffies);}
int second_open(struct inode *inode, struct file *filp) /*文件打開函數(shù)*/ { /*初始化定時器*/ init_timer(&second_devp->s_timer); second_devp->s_timer.function = &second_timer_handle; second_devp->s_timer.expires = jiffies + HZ; add_timer(&second_devp->s_timer); /*添加（注冊）定時器*/ atomic_set(&second_devp->counter,0); //計數(shù)清0
return 0;}
int second_release(struct inode *inode, struct file *filp) /*文件釋放函數(shù)*/ { del_timer(&second_devp->s_timer); return 0;}static ssize_t second_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) /*globalfifo讀函數(shù)*/
{ int counter; counter = atomic_read(&second_devp->counter); if(put_user(counter, (int*)buf)) return - EFAULT; else return sizeof(unsigned int); }static const struct file_operations second_fops = /*文件操作結(jié)構(gòu)體*/ { .owner = THIS_MODULE, .open = second_open, .release = second_release, .read = second_read,};static void second_setup_cdev(struct second_dev *dev, int index) /*初始化并注冊cdev*/ { int err, devno = MKDEV(second_major, index); cdev_init(&dev->cdev, &second_fops); dev->cdev.owner = THIS_MODULE; dev->cdev.ops = &second_fops; err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1); if (err) printk(KERN_NOTICE "Error %d adding LED%d", err, index);}int second_init(void) /*設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù)*/ { int ret; dev_t devno = MKDEV(second_major, 0); /* 申請設(shè)備號*/ if (second_major) ret = register_chrdev_region(devno, 1, "second"); else /* 動態(tài)申請設(shè)備號 */ { ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "second"); second_major = MAJOR(devno); } if (ret < 0) return ret; /* 動態(tài)申請設(shè)備結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存*/ second_devp = kmalloc(sizeof(struct second_dev), GFP_KERNEL); if (!second_devp) /*申請失敗*/ { ret = - ENOMEM; goto fail_malloc; }memset(second_devp, 0, sizeof(struct second_dev)); second_setup_cdev(second_devp, 0);
return 0; fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);}void second_exit(void) /*模塊卸載函數(shù)*/ { cdev_del(&second_devp->cdev); /*注銷cdev*/ kfree(second_devp); /*釋放設(shè)備結(jié)構(gòu)體內(nèi)存*/ unregister_chrdev_region(MKDEV(second_major, 0), 1); /*釋放設(shè)備號*/}MODULE_AUTHOR("hanyan225");MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");module_param(second_major, int, S_IRUGO);module_init(second_init);module_exit(second_exit);
下面是測試程序：
#include ..//必要的頭文件
main(){ int fd; int counter = 0; int old_counter = 0; fd = open("/dev/second", O_RDONLY); /*打開/dev/second設(shè)備文件*/ if (fd != - 1) { while (1) { read(fd,&counter, sizeof(unsigned int));//讀目前經(jīng)歷的秒數(shù) if(counter!=old_counter) { printf("seconds after open /dev/second :%d\n",counter); old_counter = counter; } } } else { printf("Device open failure\n"); }}current jiffies is 18769
..
..
“小王,Linux設(shè)備驅(qū)動之中斷與時鐘也算說完了，告一段落了，也不知道你明白沒，沒明白，也沒關(guān)系，不是有我嗎，只是不要一早吵醒我就好，下次我們就要開始系統(tǒng)內(nèi)存方面的東西了…”我說。
“好，小濤哥，我好好看看，不懂就問你，呵呵..”小王銀鈴般笑著還伴著怪臉，真是讓人…
