Linux驱动实践：一起来梳理【中断】的前世今生

目录

· Linux 中断的知识点梳理

中断的分类

中断号和中断向量

中断服务程序ISR

上半部分和下半部分

· 中断处理的注册和注销 API

· 实操：捕获键盘中断

示例代码

驱动程序传参

IO编址：IO端口和IO内存

编译、测试、验证

别人的经验，我们的阶梯！

大家好，我是道哥，今天我为大伙儿解说的技术知识点是：【Linux 中断的注册和处理】。

在前两篇文章中，描述的是在应用层如何调用驱动函数来控制GPIO，以及在驱动中如何发送发送信号给应用层。

假如存在这样一个需求：应用程序需要监控某个硬件GPIO口的电平状态，当发生变化时，应用程序就做出相应的动作。

利用之前已经介绍的知识，是可以完成这个需求的。

比如：在驱动程序中不停的读取GPIO口的状态，一旦发生变化，就把新的电平状态通过信号发送到应用层。

这样的方式称作：轮询。

轮询方式的缺点显而易见：轮询的时间间隔应该是多少毫秒（or 微秒），才比较合适呢？

轮询太慢：可能会丢失信号；轮询太快：消耗 CPU 资源！

因此，在实际的产品中，用中断触发的方式才是更切合实际的选择！

本文所有的描述和测试，都是在 x86 平台上完成的；

Linux 中断的知识点梳理

中断的分类

Linux 的版本在持续更新，对中断的处理方式也在不停的发生变化。

下面几张图，是以前在学习时画的思维导图。

这几张图比较清晰地描述了在Linux操作系统中，关于中断的一些基本概念。

这张图的结构还是比较清晰的，基本上概括了Linux系统中的中断分类。

另外，在很多关于中断的书籍中，大部分都是从基础的 PIC（可编程中断控制器）开始讲解的。

如果您想非常具体、专业、深入的了解关于中断的相关内容，有一篇文章《Interrupt in Linux．pdf》讲得非常好（文章的后面部分我也没有看懂）。

在文末有下载链接，感兴趣的小伙伴可以学习一下。

中断号和中断向量

这张图只要记住中断号与中断向量的关系就可以了：

1． 中断号与中断控制器（PIC／APIC）相关；

2． 中断向量与 CPU 相关，用来查找中断处理函数的入口地址；

中断服务例程 ISR

中断服务程序，就是针对每一个中断如何进行处理。

如果您了解Linux中断的相关内容，一定会看到这样的描述：中断处理分为上半部分和下半部分。

上半部分不能消耗太多的时间，主要处理与硬件相关的重要工作；其他不重要的工作，都放在下半部分去做。

从上面这张图中可以看出，用来完成下半部分工作有好几种机制可以选择，每一种方式都是针对不同的需求场景。

在每一种下半部分机制中，Linux都设计了非常方便的接口函数。

作为开发者的我们来说，使用这些下半部分的机制很简单，只需要几个函数调用即可。

例如：如果使用工作队列来实现下半部分的工作，只需要2步动作：

1． 定义处理函数

2． 在中断处理函数中，注册注册函数

INIT＿WORK（＆mywork， mywork＿handler）；                                                        

schedule＿work（＆mywork）；

下面几张图，是针对每一种“下半部分”处理机制的一些特点，注意：有些机制在新版本中已经废弃不用了，了解即可。

中断处理的注册和注销 API

所谓的中断注册，就是告诉操作系统：我对哪个中断感兴趣。

当这些中断发生的时候，请通知我。通知的方式就是：调用一个预先注册好的回调函数。

驱动程序可以通过函数 request＿irq（），向操作系统注册，并且激活指定的中断线：

参数说明：

irq： 申请的硬件中断号；

handler： 中断处理函数。一旦中断发生，这个函数就被调用；

flags： 中断的属性，例如：IRQF＿DISABLED，IRQF＿TIMER，IRQF＿SHARED；

devname： 中断驱动程序的名称，在 ／proc／interrupts 文件中看到对应的内容；

dev＿id： 中断程序的唯一标识，比如：在共享中断中，可以用来区分不同的中断处理程序；

驱动程序通过函数 free＿irq（），向操作系统注销一个中断处理函数：

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

参数说明：

irq： 硬件中断号；

dev＿id： 中断程序的唯一标识；

实操：捕获键盘中断 示例代码

有了上面的知识铺垫，下面就来实操一下，实现的功能是：

捕获键盘的中断，在中断处理函数中，打印出按键的扫描码，如果是 ESC 键被按下，就打印出指定的信息。

与往常一样，操作的目录位于：tmp／linux－4．15／drivers 目录下。

＄ mkdir my＿driver＿interrupt

＄ touch driver＿interrupt．c

文件内容：

上面的代码，有两个小的知识点。

向驱动程序传参

示例代码中，在调用 request＿irq 时，需要指定中断号和驱动程序的名称。

这两个参数是在加载驱动模块的时候，从命令行传入的。

在驱动程序中，通过下面两行代码即可实现参数的接收：

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

module＿param 是一个宏定义，定义在 include／linux／moduleparam．h 文件中，具体定义如下：

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

name： 存储参数的变量名；

type： 变量的类型；

perm： 访问参数的权限，表示此参数在sysfs文件系统中所对应的文件节点的属性；

IO地址：IO端口和IO内存

这是读取 IO 外设的两种不同方式。

IO 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。

统一编制

把主存单元所在的地址空间，划出一部分出来，专门用来把IO外设寄存器的地址映射到这部分划出来的地址空间中。

统一编址的好处是：读取IO外设的时候，就好像读取普通的内存地址空间中的数据一样。

独立编址

IO 外设的地址空间，与主存单元的地址空间是两个独立的地址空间，此时，IO地址一般称作： IO端口。

我们在读写IO外设的时候，从这些 “IO端口” 中读写就可以了。不同的外设，被分配了不同的 IO 端口号。

CPU 提供了一些列函数来读写 IO 端口，例如：

／／ 读写一个字节

unsigned inb（unsigned port）；

void outb（unsigned char byte， unsigned port）；

／／ 读写一个字

unsigned inw（unsigned port）；

void outw（unsigned short word， unsigned port）；

编译、验证

编译驱动模块：

＄ make

输出文件：driver＿interrupt．ko

因为我们捕获的是键盘中断（中断号：1），先看一下在加载驱动模块之前的中断驱动程序 head ／proc／interrupts：

可以把 demsg 的输出也清理一下：dmesg －c

执行下面指令来加载驱动模块（传递2个参数）：

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

再次执行一下指令 head ／proc／interrupts 查看驱动程序：

在中断号 1 的右侧，是不是看到了我们的驱动程序：my＿irq？

再来看一下 dmesg 的输出信息：

成功注册了中断号1的处理函数！

此时，按几次键盘左上角的 ESC 键，然后再查看 dmesg 的输出信息：

以上，就是最简单的中断注册和相应的中断处理函数！

在实际的项目中，如果要把中断信息通知到应用层，可以通过上一篇文章介绍的发送信号来实现，或者通过其他的回调机制也可以。

下一篇文章，我们在这个示例代码上进行扩展，看一下：中断处理中每一个“下半部分”机制应该如何编程。