Linux按键驱动程序设计(4)-中断分层技术

1.中断嵌套

首先引入之前提到过的快速中断和慢速中断：
快/慢速中断的主要区别在于：快速中断保证中断处理的原子性(不被打断)，而慢速中断则不保证。换句话说，也就是“开启中断”标志位(处理器IF)在运行快速中断处理程序时是关闭的，因此在服务该中断时，不会被其他类型的中断打断；而调用慢速中断处理时，其它类型的中断仍可以得到服务。
假如说某个程序在执行快速中断，比如说串口程序，现在网卡收到了一个数据包，请求中断，但是这个时候是请求失败的。如果某个程序在执行慢速中断，与他同类型的程序也要求产生中断，这个时候也是不允许打断的。这种情况就会发生中断丢失，显然中断丢失我们是不希望看到的，怎么解决呢？采用中断分层技术来解决。

2、中断分层

中断分层技术，顾名思义就是把中断处理程序分层，一般分层上半部分和下本部分：
上半部：当中断发生时，它进行相应地硬件读写，并“登记”该中断。通常由中断处理程序充当上半部。
下半部：在系统空闲的时候对上半部“登记”的中断进行后续处理。
及上半部分对硬件进行操作，比如及时读取寄存器的信息，下半部分包含其他一些控制，比如可以延迟执行的操作等等。采用分层技术，可以大大的缩短中断服务函数的执行时间，可以避免中断丢失，同时又可以对相应的硬件进行及时的操作。
中断分层技术有3种实现方式：
- 1、软中断
- 2、tasklet
- 3、工作队列
这里使用最多的技术是工作队列技术。

3.工作队列

工作队列是一种将任务推后执行的形式，他把推后的任务交由一个内核线程去执行。这样下半部会在进程上下文执行，它允许重新调度甚至睡眠。每个被推后的任务叫做“工作”，由这些工作组成的队列称为工作队列。

在CPU中都会存在一个工作队列，队列上的节点保存工作的相关信息。

Linux内核使用struct workqueue_struct 来描述一个工作队列：

struct workqueue_struct {
	struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
	struct list_head list;
	const char *name;
	int singlethread;
	int freezeable;		/* Freeze threads during suspend */
	int rt;
};

工作队列中存在一个个工作项，Linux内核使用struct work_struct来描述一个工作项：

struct work_struct {
	atomic_long_t data;
	struct list_head entry;
	work_func_t func;
};

在工作项里面需要完成的任务就是有func这个任务来指定的。

4.用工作队列实现按键中断

在前面按键中断的代码中加入工作队列技术，需要采用如下的步骤：
- 1、创建工作队列：create_workqueue
- 2、创建工作：INIT_WORK
- 3、提交工作：queue_work

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

struct workqueue_struct *my_wq;
struct work_struct *work1; 
struct work_struct *work2; 

void work1_func(struct work_struct *work)
{
    printk("this is work1->\n");		
}

void work2_func(struct work_struct *work)
{
    printk("this is work2->\n");		
}

int init_que(void)
{
    // 创建工作队列
    my_wq = create_workqueue("my_wq");
    
    // 创建工作1
    work1 = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
    INIT_WORK(work1, work1_func);
    
    // 挂载（提交）工作1  
    queue_work(my_wq, work1);
       
    // 创建工作2
    work2 = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
    INIT_WORK(work2, work2_func);
    
    // 挂载（提交）工作2  
    queue_work(my_wq, work2);
    
    return 0;	
	
}

void clean_que()
{
			
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(init_que);
module_exit(clean_que);

在大多数情况下, 驱动并不需要自己建立工作队列，只需定义工作, 然后将工作提交到内核已经定义好的工作队列keventd_wq中。
提交工作到默认队列：schedule_work
因此，在内核代码中，只需要创建工作，和提交工作即可：

struct work_struct *key_work;
void key_work_func(struct work_struct *work)
{
	printk("key down!\n");;
}
 
/*创建key_work*/
key_work = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
INIT_WORK(key_work, key_work_func);
 
// 提交到下半部分
schedule_work(key_work);

因此按键的驱动代码就是下面这样了！一般来讲在设计中断操作时都会使用工作队列
key.c

 #include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>

#define GPGCON 0x56000060

struct work_struct *key_work; 

void key_work_func(struct work_struct *work)
{
    printk("key dowm!\n");		
}

irqreturn_t key_int(int irq, void *dev_id)
{
    // 1.检测是否发生了按键中断	
    
    // 2.清除已经发生的按键中断
    
    // 3.提交下半部分
    schedule_work(key_work);
    
    return 0;
}

// 按键的初始化函数
void key_hw_init()
{
    unsigned int *gpio_config;
    unsigned int data;
    
    gpio_config = ioremap(GPGCON, 4);	
    data = readl(gpio_config);
    data &= ~0b11;
    data |= 0b10;
    writel(data, gpio_config);	
}                                                

int key_open(struct inode *node, struct file *filp)
{
    return 0;
}

const struct file_operations key_fops = 
{	
    .open = key_open,		
};

// 初始化miscdevice
struct miscdevice key_miscdev = 
{
    .minor = 200,
    .name = "mykey",
    .fops = &key_fops,
};	

static int button_init()
{
    // 注册miscdevice
    misc_register(&key_miscdev);
    
    // 注册中断处理程序
    request_irq(IRQ_EINT8, key_int, IRQF_TRIGGER_FALLING, "mykey", 0);
    
    // 按键初始化
    key_hw_init();
    
    // 创建工作1
    key_work = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
    INIT_WORK(key_work, key_work_func);
    
    return 0;		
}

static void button_exit()
{	
     // 注销miscdevice
    misc_deregister(&key_miscdev);  
    
    // 注销中断处理程序
    free_irq(IRQ_EINT8, 0);
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

Linux按键驱动程序设计(4)-中断分层技术

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