Linux中断处理驱动程序编写

中断就是CPU正常运行期间，由于内、外部事件引起的CPU暂时停止正在运行的程序，去执行该内部事件或外部事件的引起的服务中去，服务执行完毕后再返回断点处继续执行的情形。这样的中断机制极大的提高了CPU运行效率。 ### Linux中断处理驱动程序编写详解 #### 一、中断的概念及意义 中断是计算机系统中一个重要的机制，它使得CPU可以在遇到内部或外部事件时，能够迅速暂停当前的任务，转而去处理这些事件，处理完成后又能返回原来的任务继续执行。这种机制极大地提升了系统的效率和响应速度。在Linux操作系统中，中断处理是非常核心的功能之一。 #### 二、中断的分类 根据不同的分类标准，中断可以分为多种类型： 1. **内部中断**与**外部中断** - **内部中断**来源于CPU内部，如软件中断指令、溢出、除法错误等。这类中断通常发生在程序运行过程中，例如当系统需要从用户态切换到内核态时，就会利用内部中断来实现。 - **外部中断**则来源于CPU外部，通常是由外围设备触发的。例如，键盘按下时产生的中断就是一个典型的外部中断。 2. **可屏蔽中断**与**不可屏蔽中断** - **可屏蔽中断**可以通过设置中断控制器寄存器等方式被屏蔽，一旦被屏蔽，即使发生了中断也不会被CPU响应。 - **不可屏蔽中断**则无法通过任何方式屏蔽，不论何时发生都会被处理，这类中断通常用于非常关键的情况，如电源故障等。 3. **向量中断**与**非向量中断** - **向量中断**指的是为每个中断分配一个固定的中断向量号，这样当检测到特定的中断信号时，CPU可以直接跳转到与该向量号相对应的地址执行相应的中断服务程序。 - **非向量中断**则是多个中断共享同一个入口地址，通过软件的方式来判断具体的中断源，从而执行相应的处理程序。 #### 三、非向量中断处理流程示例 在非向量中断处理中，需要先判断中断源，然后调用对应的中断处理程序。以下是一个简化的非向量中断处理流程示例： ```c irq_handler() { int int_src = read_int_status(); /* 读取硬件中断状态寄存器 */ switch (int_src) { case DEV_A: dev_a_handler(); /* 调用设备A的中断处理程序 */ break; case DEV_B: dev_b_handler(); /* 调用设备B的中断处理程序 */ break; default: break; } } ``` #### 四、Linux中断处理的顶部和底部 为了提高系统的实时性和响应速度，Linux引入了“顶部”和“底部”的概念。中断处理程序被分为两个部分： 1. **顶部**（Top Half） - 处理尽可能少且紧迫的任务，比如读取寄存器状态并清除中断标志，同时进行“中断标记”，即把后续的处理任务挂载到底部执行队列中。 - 特点是响应速度快。 2. **底部**（Bottom Half） - 执行中断处理的大部分工作，包括那些不需要立即响应的任务。 - 特点是处理相对较不紧急的事件，常见的底部机制包括Tasklet、工作队列和软中断等。 #### 五、Linux中断编程 1. **申请和释放中断** - **申请中断**：使用`request_irq()`函数，其参数包括中断号、中断处理程序、中断属性等。 ```c int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id); ``` 其中`irq`是需要申请的硬件中断号；`handler`是注册的中断处理程序；`irqflags`可以指定中断的触发方式和处理方式；`dev_id`用于标识设备，在共享中断时有用。 - **释放中断**：使用`free_irq()`函数。 ```c void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id); ``` 2. **中断的使能和屏蔽** - 屏蔽中断：`disable_irq()`和`disable_irq_nosync()`用于屏蔽指定中断，前者等待当前中断处理完成，后者立即返回。 - 启用中断：`enable_irq()`用于启用之前屏蔽的中断。 #### 六、总结 中断机制是现代操作系统中的关键技术之一，它不仅提升了CPU的利用率，还增强了系统的灵活性和实时性。对于Linux来说，理解中断处理的原理及其编程接口对于开发高效的设备驱动程序至关重要。通过本文的介绍，希望能够帮助读者更好地掌握Linux中断处理的相关知识。