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一、linux内核中断
1.1 概念
linux内核提供了完善的中断处理框架，首先向内核申请中断，接着注册中断处理函数。
1.2 中断API
本节的中断api介绍：申请中断号、使能和禁止中断、使能和禁止全局中断，和更安全的保存中断状态的全局中断使能和禁止。
/*
申请中段号
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
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。
*/
int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long flags,
const char *name,
void *dev)
/*
释放中段号
irq：要释放的中断号
dev：如果为共享中断，此参数用来区分其它中断。
*/
void free_irq(unsigned int irq,void *dev)
/*
中断处理函数
int：中断号
void *：需要与dev保持一致
irqreturn_t：中断返回类型
*/
irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)
/*
中断使能和禁止
irq：中断号
*/
void enable_irq(unsigned int irq)
void disable_irq(unsigned int 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
/*
立即返回的中断禁止函数
*/
void disable_irq_nosync(unsigned int irq)
/*
全局中断使能和禁止
*/
local_irq_enable()
local_irq_disable()
/*
保存中断状态的全局中断使能和禁止
*/
local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)
1.3 linux中断中上半部和下半部
1.3.1 上半部和下半部概念
在使用request_irq 申请中断的时候注册的中断服务函数属于中断处理的上半部，只要触发中断，这部分就会执行，下半部是指处理过程比较长的代码，linux内核引入下半部机制是为了让中断快进快出。linux处理下半部使用如下的方法：
- 软中断
- tasklet
- 工作队列
1.3.2 软中断
软中断需要在内核编译的时候初始化。
enum
{
HI_SOFTIRQ=0, /* 高优先级软中断 */
TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器软中断 */
NET_TX_SOFTIRQ, /* 网络数据发送软中断 */
NET_RX_SOFTIRQ, /* 网络数据接收软中断 */
BLOCK_SOFTIRQ,
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet 软中断 */
SCHED_SOFTIRQ, /* 调度软中断 */
HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高精度定时器软中断 */
RCU_SOFTIRQ, /* RCU 软中断 */
NR_SOFTIRQS
};
/*
注册软中断
nr：软中断类型
action：软中断处理函数
*/
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))
/*
触发软中断
nr：软中断类型
*/
void raise_softirq(unsigned int nr)
示例：
void __init softirq_init(void)
{
int cpu;
for_each_possible_cpu(cpu) {
per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =
&per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;
per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =
&per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;
}
open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);
open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
}
1.3.3 tasklet
要使用tasklet来处理中断的下半部，首先需要定义一个tasklet结构体并初始化，然后在上半部（即中断服务函数）里执行tasklet调度。api如下：
/*
初始化tasklet
t：tasklet结构体
func：tasklet处理函数
data：传递给func的参数
*/
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,
void (*func)(unsigned long),
unsigned long data);
//定义并初始化tasklet结构体
DECLARE_TASKLET(name, func, data)
/*
调度tasklet
t：调度的tasklet结构体
*/
void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
tasklet示例
/* 定义 tasklet */
struct tasklet_struct testtasklet;
/* tasklet 处理函数 */
void testtasklet_func(unsigned long data)
{
/* tasklet 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
......
/* 调度 tasklet */
tasklet_schedule(&testtasklet);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
......
/* 初始化 tasklet */
tasklet_init(&testtasklet, testtasklet_func, data);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}
1.3.4 工作队列
工作队列可以使下半部进入睡眠，这是与软中断和tasklet的区别，api如下：
//使用INIT_WORK宏来初始化一个工作结构体
#define INIT_WORK(_work, _func)
//使用DECLARE_WORK完成工作结构体的创建和初始化
#define DECLARE_WORK(n, f)
/*
调度工作队列
work：工作结构体
*/
bool schedule_work(struct work_struct *work)
示例：
/* 定义工作(work) */
struct work_struct testwork;
/* work 处理函数 */
void testwork_func_t(struct work_struct *work);
{
/* work 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
......
/* 调度 work */
schedule_work(&testwork);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
......
/* 初始化 work */
INIT_WORK(&testwork, testwork_func_t);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}
1.4 设备树中断节点
//中断控制节点intc
intc: interrupt-controller@00a01000 {
compatible = "arm,cortex-a7-gic";
#interrupt-cells = <3>;
interrupt-controller;
reg = <0x00a01000 0x1000>,
<0x00a02000 0x100>;
};
//要使用中断的设备节点
gpio5: gpio@020ac000 {
compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";
reg = <0x020ac000 0x4000>;
interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<GIC_SPI 75 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
};
驱动从设备树获得中断号
/*
dev：设备节点
index：索引号
*/
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev,
int index)
/*
gpio：gpio的标号
*/
int gpio_to_irq(unsigned int gpio)
1.5 中断示例
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define IMX6UIRQ_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define IMX6UIRQ_NAME "imx6uirq" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0按键值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按键数量 */
/* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {
int gpio; /* gpio */
int irqnum; /* 中断号 */
unsigned char value; /* 按键对应的键值 */
char name[10]; /* 名字 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};
/* imx6uirq设备结构体 */
struct imx6uirq_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
atomic_t keyvalue; /* 有效的按键键值 */
atomic_t releasekey; /* 标记是否完成一次完成的按键，包括按下和释放 */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按键描述数组 */
unsigned char curkeynum; /* 当前的按键号 */
};
struct imx6uirq_dev imx6uirq; /* irq设备 */
/* @description : 中断服务函数，开启定时器，延时10ms，
* 定时器用于按键消抖。
* @param - irq : 中断号
* @param - dev_id : 设备结构。
* @return : 中断执行结果
*/
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
dev->curkeynum = 0;
dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10)); /* 10ms定时 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/* @description : 定时器服务函数，用于按键消抖，定时器到了以后
* 再次读取按键值，如果按键还是处于按下状态就表示按键有效。
* @param - arg : 设备结构变量
* @return : 无
*/
void timer_function(unsigned long arg)
{
unsigned char value;
unsigned char num;
struct irq_keydesc *keydesc;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)arg;
num = dev->curkeynum;
keydesc = &dev->irqkeydesc[num];
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */
if(value == 0){
/* 按下按键 */
atomic_set(&dev->keyvalue, keydesc->value);
}
else{
/* 按键松开 */
atomic_set(&dev->keyvalue, 0x80 | keydesc->value);
atomic_set(&dev->releasekey, 1); /* 标记松开按键，即完成一次完整的按键过程 */
}
}
/*
* @description : 按键IO初始化
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int keyio_init(void)
{
unsigned char i = 0;
char name[10];
int ret = 0;
imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (imx6uirq.nd== NULL){
printk("key node not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 提取GPIO */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd ,"key-gpio", i);
if (imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio < 0) {
printk("can't get key%d\r\n", i);
}
}
/* 初始化key所使用的IO，并且设置成中断模式 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
memset(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(name)); /* 缓冲区清零 */
sprintf(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); /* 组合名字 */
gpio_request(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio, name);
gpio_direction_input(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i);
#if 0
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = gpio_to_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
#endif
printk("key%d:gpio=%d, irqnum=%d\r\n",i, imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio,
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
}
/* 申请中断 */
imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;
imx6uirq.irqkeydesc[0].value = KEY0VALUE;
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
ret = request_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, imx6uirq.irqkeydesc[i].handler,
IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, imx6uirq.irqkeydesc[i].name, &imx6uirq);
if(ret < 0){
printk("irq %d request failed!\r\n", imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
return -EFAULT;
}
}
/* 创建定时器 */
init_timer(&imx6uirq.timer);
imx6uirq.timer.function = timer_function;
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int imx6uirq_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &imx6uirq; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t imx6uirq_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
unsigned char keyvalue = 0;
unsigned char releasekey = 0;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)filp->private_data;
keyvalue = atomic_read(&dev->keyvalue);
releasekey = atomic_read(&dev->releasekey);
if (releasekey) {
/* 有按键按下 */
if (keyvalue & 0x80) {
keyvalue &= ~0x80;
ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
} else {
goto data_error;
}
atomic_set(&dev->releasekey, 0);/* 按下标志清零 */
} else {
goto data_error;
}
return 0;
data_error:
return -EINVAL;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations imx6uirq_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = imx6uirq_open,
.read = imx6uirq_read,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init imx6uirq_init(void)
{
/* 1、构建设备号 */
if (imx6uirq.major) {
imx6uirq.devid = MKDEV(imx6uirq.major, 0);
register_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
} else {
alloc_chrdev_region(&imx6uirq.devid, 0, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
imx6uirq.major = MAJOR(imx6uirq.devid);
imx6uirq.minor = MINOR(imx6uirq.devid);
}
/* 2、注册字符设备 */
cdev_init(&imx6uirq.cdev, &imx6uirq_fops);
cdev_add(&imx6uirq.cdev, imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
/* 3、创建类 */
imx6uirq.class = class_create(THIS_MODULE, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.class)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.class);
}
/* 4、创建设备 */
imx6uirq.device = device_create(imx6uirq.class, NULL, imx6uirq.devid, NULL, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.device)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.device);
}
/* 5、初始化按键 */
atomic_set(&imx6uirq.keyvalue, INVAKEY);
atomic_set(&imx6uirq.releasekey, 0);
keyio_init();
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
unsigned int i = 0;
/* 删除定时器 */
del_timer_sync(&imx6uirq.timer); /* 删除定时器 */
/* 释放中断 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, &imx6uirq);
}
cdev_del(&imx6uirq.cdev);
unregister_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
device_destroy(imx6uirq.class, imx6uirq.devid);
class_destroy(imx6uirq.class);
}
module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("qwz");
1.6【补充】常用的中断标志
可以用 | 来实现多种标志的组合
IRQF_SHARED 多个设备共享一个中断线，共享的所有中断都必须指定此标志。如果使用共享中断的话， request_irq 函数的 dev 参数就是唯一区分他们的标志。
IRQF_ONESHOT 单次中断，中断执行一次就结束。
IRQF_TRIGGER_NONE 无触发。
IRQF_TRIGGER_RISING 上升沿触发。
IRQF_TRIGGER_FALLING 下降沿触发。
IRQF_TRIGGER_HIGH 高电平触发。
IRQF_TRIGGER_LOW 低电平触发。
1.7【补充】对irqreturn_t的说明
irqreturn_t是enum类型，一般在中断处理函数的最后使用 return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)来返回irqreturn_t。
enum irqreturn {
IRQ_NONE = (0 << 0),
IRQ_HANDLED = (1 << 0),
IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
};
typedef enum irqreturn irqreturn_t;