目錄

· Linux 中斷的知識(shí)點(diǎn)梳理

中斷的分類

中斷號(hào)和中斷向量

中斷服務(wù)程序ISR

上半部分和下半部分

· 中斷處理的注冊(cè)和注銷 API

· 實(shí)操：捕獲鍵盤中斷

示例代碼

驅(qū)動(dòng)程序傳參

IO編址：IO端口和IO內(nèi)存

編譯、測(cè)試、驗(yàn)證

別人的經(jīng)驗(yàn)，我們的階梯！

大家好，我是道哥，今天我為大伙兒解說(shuō)的技術(shù)知識(shí)點(diǎn)是：【Linux 中斷的注冊(cè)和處理】。

在前兩篇文章中，描述的是在應(yīng)用層如何調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)來(lái)控制GPIO，以及在驅(qū)動(dòng)中如何發(fā)送發(fā)送信號(hào)給應(yīng)用層。

假如存在這樣一個(gè)需求：應(yīng)用程序需要監(jiān)控某個(gè)硬件GPIO口的電平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用程序就做出相應(yīng)的動(dòng)作。

利用之前已經(jīng)介紹的知識(shí)，是可以完成這個(gè)需求的。

比如：在驅(qū)動(dòng)程序中不停的讀取GPIO口的狀態(tài)，一旦發(fā)生變化，就把新的電平狀態(tài)通過(guò)信號(hào)發(fā)送到應(yīng)用層。

這樣的方式稱作：輪詢。

輪詢方式的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：輪詢的時(shí)間間隔應(yīng)該是多少毫秒（or 微秒），才比較合適呢？

輪詢太慢：可能會(huì)丟失信號(hào)；輪詢太快：消耗 CPU 資源！

因此，在實(shí)際的產(chǎn)品中，用中斷觸發(fā)的方式才是更切合實(shí)際的選擇！

本文所有的描述和測(cè)試，都是在 x86 平臺(tái)上完成的；

Linux 中斷的知識(shí)點(diǎn)梳理

中斷的分類

Linux 的版本在持續(xù)更新，對(duì)中斷的處理方式也在不停的發(fā)生變化。

下面幾張圖，是以前在學(xué)習(xí)時(shí)畫(huà)的思維導(dǎo)圖。

這幾張圖比較清晰地描述了在Linux操作系統(tǒng)中，關(guān)于中斷的一些基本概念。

這張圖的結(jié)構(gòu)還是比較清晰的，基本上概括了Linux系統(tǒng)中的中斷分類。

另外，在很多關(guān)于中斷的書(shū)籍中，大部分都是從基礎(chǔ)的 PIC（可編程中斷控制器）開(kāi)始講解的。

如果您想非常具體、專業(yè)、深入的了解關(guān)于中斷的相關(guān)內(nèi)容，有一篇文章《Interrupt in Linux．pdf》講得非常好（文章的后面部分我也沒(méi)有看懂）。

在文末有下載鏈接，感興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下。

中斷號(hào)和中斷向量

這張圖只要記住中斷號(hào)與中斷向量的關(guān)系就可以了：

1． 中斷號(hào)與中斷控制器（PIC／APIC）相關(guān)；

2． 中斷向量與 CPU 相關(guān)，用來(lái)查找中斷處理函數(shù)的入口地址；

中斷服務(wù)例程 ISR

中斷服務(wù)程序，就是針對(duì)每一個(gè)中斷如何進(jìn)行處理。

如果您了解Linux中斷的相關(guān)內(nèi)容，一定會(huì)看到這樣的描述：中斷處理分為上半部分和下半部分。

上半部分不能消耗太多的時(shí)間，主要處理與硬件相關(guān)的重要工作；其他不重要的工作，都放在下半部分去做。

從上面這張圖中可以看出，用來(lái)完成下半部分工作有好幾種機(jī)制可以選擇，每一種方式都是針對(duì)不同的需求場(chǎng)景。

在每一種下半部分機(jī)制中，Linux都設(shè)計(jì)了非常方便的接口函數(shù)。

作為開(kāi)發(fā)者的我們來(lái)說(shuō)，使用這些下半部分的機(jī)制很簡(jiǎn)單，只需要幾個(gè)函數(shù)調(diào)用即可。

例如：如果使用工作隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)下半部分的工作，只需要2步動(dòng)作：

1． 定義處理函數(shù)

2． 在中斷處理函數(shù)中，注冊(cè)注冊(cè)函數(shù)

INIT＿WORK（＆mywork， mywork＿h(yuǎn)andler）；                                                        

schedule＿work（＆mywork）；

下面幾張圖，是針對(duì)每一種“下半部分”處理機(jī)制的一些特點(diǎn)，注意：有些機(jī)制在新版本中已經(jīng)廢棄不用了，了解即可。

中斷處理的注冊(cè)和注銷 API

所謂的中斷注冊(cè)，就是告訴操作系統(tǒng)：我對(duì)哪個(gè)中斷感興趣。

當(dāng)這些中斷發(fā)生的時(shí)候，請(qǐng)通知我。通知的方式就是：調(diào)用一個(gè)預(yù)先注冊(cè)好的回調(diào)函數(shù)。

驅(qū)動(dòng)程序可以通過(guò)函數(shù) request＿irq（），向操作系統(tǒng)注冊(cè)，并且激活指定的中斷線：

參數(shù)說(shuō)明：

irq： 申請(qǐng)的硬件中斷號(hào)；

handler： 中斷處理函數(shù)。一旦中斷發(fā)生，這個(gè)函數(shù)就被調(diào)用；

flags： 中斷的屬性，例如：IRQF＿DISABLED，IRQF＿TIMER，IRQF＿SHARED；

devname： 中斷驅(qū)動(dòng)程序的名稱，在 ／proc／interrupts 文件中看到對(duì)應(yīng)的內(nèi)容；

dev＿id： 中斷程序的唯一標(biāo)識(shí)，比如：在共享中斷中，可以用來(lái)區(qū)分不同的中斷處理程序；

驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)函數(shù) free＿irq（），向操作系統(tǒng)注銷一個(gè)中斷處理函數(shù)：

void free＿irq（unsigned int irq， void ＊dev＿id）；

參數(shù)說(shuō)明：

irq： 硬件中斷號(hào)；

dev＿id： 中斷程序的唯一標(biāo)識(shí)；

實(shí)操：捕獲鍵盤中斷 示例代碼

有了上面的知識(shí)鋪墊，下面就來(lái)實(shí)操一下，實(shí)現(xiàn)的功能是：

捕獲鍵盤的中斷，在中斷處理函數(shù)中，打印出按鍵的掃描碼，如果是 ESC 鍵被按下，就打印出指定的信息。

與往常一樣，操作的目錄位于：tmp／linux－4．15／drivers 目錄下。

＄ mkdir my＿driver＿interrupt

＄ touch driver＿interrupt．c

文件內(nèi)容：

上面的代碼，有兩個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)。

向驅(qū)動(dòng)程序傳參

示例代碼中，在調(diào)用 request＿irq 時(shí)，需要指定中斷號(hào)和驅(qū)動(dòng)程序的名稱。

這兩個(gè)參數(shù)是在加載驅(qū)動(dòng)模塊的時(shí)候，從命令行傳入的。

在驅(qū)動(dòng)程序中，通過(guò)下面兩行代碼即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的接收：

module＿param（irq， int， 0644）；
module＿param（devname， charp， 0644）；

module＿param 是一個(gè)宏定義，定義在 include／linux／moduleparam．h 文件中，具體定義如下：

＃define module＿param（name， type， perm）                
   module＿param＿named（name， name， type， perm）；

name： 存儲(chǔ)參數(shù)的變量名；

type： 變量的類型；

perm： 訪問(wèn)參數(shù)的權(quán)限，表示此參數(shù)在sysfs文件系統(tǒng)中所對(duì)應(yīng)的文件節(jié)點(diǎn)的屬性；

IO地址：IO端口和IO內(nèi)存

這是讀取 IO 外設(shè)的兩種不同方式。

IO 端口有兩種編址方式：統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。

統(tǒng)一編制

把主存單元所在的地址空間，劃出一部分出來(lái)，專門用來(lái)把IO外設(shè)寄存器的地址映射到這部分劃出來(lái)的地址空間中。

統(tǒng)一編址的好處是：讀取IO外設(shè)的時(shí)候，就好像讀取普通的內(nèi)存地址空間中的數(shù)據(jù)一樣。

獨(dú)立編址

IO 外設(shè)的地址空間，與主存單元的地址空間是兩個(gè)獨(dú)立的地址空間，此時(shí)，IO地址一般稱作： IO端口。

我們?cè)谧x寫IO外設(shè)的時(shí)候，從這些 “IO端口” 中讀寫就可以了。不同的外設(shè)，被分配了不同的 IO 端口號(hào)。

CPU 提供了一些列函數(shù)來(lái)讀寫 IO 端口，例如：

／／ 讀寫一個(gè)字節(jié)

unsigned inb（unsigned port）；

void outb（unsigned char byte， unsigned port）；

／／ 讀寫一個(gè)字

unsigned inw（unsigned port）；

void outw（unsigned short word， unsigned port）；

編譯、驗(yàn)證

編譯驅(qū)動(dòng)模塊：

＄ make

輸出文件：driver＿interrupt．ko

因?yàn)槲覀儾东@的是鍵盤中斷（中斷號(hào)：1），先看一下在加載驅(qū)動(dòng)模塊之前的中斷驅(qū)動(dòng)程序 head ／proc／interrupts：

可以把 demsg 的輸出也清理一下：dmesg －c

執(zhí)行下面指令來(lái)加載驅(qū)動(dòng)模塊（傳遞2個(gè)參數(shù)）：

insmod driver＿interrupt．ko irq＝1 devname＝myirq

再次執(zhí)行一下指令 head ／proc／interrupts 查看驅(qū)動(dòng)程序：

在中斷號(hào) 1 的右側(cè)，是不是看到了我們的驅(qū)動(dòng)程序：my＿irq？

再來(lái)看一下 dmesg 的輸出信息：

成功注冊(cè)了中斷號(hào)1的處理函數(shù)！

此時(shí)，按幾次鍵盤左上角的 ESC 鍵，然后再查看 dmesg 的輸出信息：

以上，就是最簡(jiǎn)單的中斷注冊(cè)和相應(yīng)的中斷處理函數(shù)！

在實(shí)際的項(xiàng)目中，如果要把中斷信息通知到應(yīng)用層，可以通過(guò)上一篇文章介紹的發(fā)送信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)其他的回調(diào)機(jī)制也可以。

下一篇文章，我們?cè)谶@個(gè)示例代碼上進(jìn)行擴(kuò)展，看一下：中斷處理中每一個(gè)“下半部分”機(jī)制應(yīng)該如何編程。