当进程发出一个系统调用的请求时,由应用态切换到内核态。这样的内核控制路径被成为进程内核路径,也叫进程上下文。当CPU执行一个与中断有关的内核控制路径的时候,被成为中断上下文。中断的上半部和下半部都属于ISR上下文。 中断处理程序,或中断服务例程(ISR),在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色。中断是硬件向操作系统报告事件的一种方式,如外部设备的数据传输完成、定时器溢出等。中断处理程序负责响应这些事件,进行快速、低延迟的处理。 在Linux内核中,中断处理分为两部分:中断的上半部和下半部。上半部主要处理那些必须在中断被屏蔽的状态下执行的任务,以保证处理速度。这部分通常包含保存CPU上下文、关闭中断、处理紧急的硬件操作等。下半部则处理那些可以延后执行且不需要立即响应的任务,比如与设备通信、更新系统状态等。下半部可以是软中断、任务队列(tasklet)或者工作队列的形式。 中断处理的注册和注销是通过`request_irq`和`free_irq`两个函数完成的。`request_irq`用于向内核申请特定中断号的使用权,传入中断处理函数地址、设备标识等参数。`handler`参数是中断发生时被调用的函数,`flags`参数用于指定中断处理程序的特性,如快速中断(SA_INTERRUPT)或慢速中断。如果设置了SA_SHIRQ,表示中断可以被多个设备共享。 中断标志`flags`中,SA_INTERRUPT表示中断处理程序为快速处理程序,这意味着在执行期间会屏蔽所有中断,确保处理速度。反之,如果不设置该标志,中断处理程序则允许其他中断发生,这称为慢速处理程序。SA_SHIRQ允许中断共享,而SA_SAMPLE_RANDOM表示中断对熵池有贡献,用于生成随机数。 ISR上下文是指CPU在执行中断处理程序时的环境。与进程上下文不同,中断上下文不保存完整的进程状态,因为中断是不可预知的,需要快速响应。在中断上下文中,不能执行任何可能阻塞的操作,如睡眠或等待I/O完成。 在Linux内核中,tasklet是一种轻量级的软中断机制,它在中断下半部处理中起到关键作用。tasklet保证了在同一时刻只有一个CPU执行其相关的处理函数,但不同tasklet可以在多个CPU上并发执行。`DECLARE_TASKLET`宏用于声明一个tasklet结构,并关联处理函数。`tasklet_schedule`函数则用于调度tasklet的执行,将其添加到tasklet队列中。 编写中断处理程序是嵌入式系统和设备驱动开发的核心环节。理解中断上下文、中断处理程序的注册与注销、以及如tasklet等下半部处理机制,对于优化系统性能和确保实时性至关重要。在设计中断处理程序时,需兼顾效率和安全性,合理利用中断上下文和下半部处理机制,确保系统能有效地响应硬件事件。
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