Linux中断处理过程浅析

linux中断响应和处理过程:首先中断属于异常的一种。

异常，就是可以打断CPU正常运行流程的一些事情，比如说外部中断，未定义的指定，试图修改只读数据，执行SWI指定（software interrupt instructin,软件中断指令，比如说上层调用sys_read,sys_write就会产生swi）等。

内核启动时在start_kernel函数（init/main.c)中调用trap_init , init_IRQ两个函数来设置异常的处理函数。

trap_init函数（arch/arm/kernel/traps.c）void_init trap_init(void){......memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start); memcpy((void *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start); .......}上面两条定义的是异常向量的存放地方,即:__stubs_start~~~~~ __stubs_end之间就是异常向量.接下来我们看异常向量之间的定义:(arch/arm/kernel/entry-armv.s).equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start.globl __vectors_start__vectors_start:ARM( swi SYS_ERROR0 ) //复位时.CPU交执行这条指令THUMB( svc #0 )THUMB( nop )W(b) vector_und + stubs_offset //未定义异常时,CPU将执行这条跳转指令W(ldr) pc, .LCvswi + stubs_offset //swi异常W(b) vector_pabt + stubs_offset //指令预取止W(b) vector_dabt + stubs_offset //数据访问中止W(b) vector_addrexcptn + stubs_offset //没有用到W(b) vector_irq + stubs_offset //irq中断W(b) vector_fiq + stubs_offset //fig中断(快速中断).globl __vectors_end__vectors_end:各种异常的处理函数可以分为五类,分别分布在下面不同的文件中:1、arch/arm/kernel/traps.c中处理未定义指令异常，总入口函数为do_undefinstr2、arch/arm/mm/fault.c与内存访问相关的异常,总入口函数为do_DataAbort, do_PretftchAbort3. arch/arm/mm/irq.c中断处理函数在这个文件中定义,总入口函数为asm_do_IRQ4. arch/arm/kernel/call.sswi异常处理比如说:sys_read, sys_open等.5. 没有使用的异常除了IRQ中断外(FIG中断linux一般不使用),所有的异常内核都定义了细致而完备的处理函数. 所以我们这里关心的也只是上面红色部分,即:IRQ中断.Init_IRQ函数(arch/arm/kernel/irq.c),被用来初使化中断的处理框架,设置各种中断的默认处理函数.Linux内核将所有中断统一编号,使用irq_desc结构来描述中断:每个数组项对应一个中断(也可能是一组中断,它们使用共同的中断号),里面记录了中断的名称,中断状态,中断标记,并提供硬件访问函数(清除,屏蔽,使能中断),提供了这个中断的处理函数的入口,通过它可以调用用户注册的中断处理函数include/linux/irq.h{.........irq_flow_handler_t handle_irq; //当前的中断处理函数入口struct irq_chip *chip; //底层的硬件访问..........struct irqaction *action; //用户提供的中断处理函数链表unsigned int status; //IRQ状态...........const char *name; //中断名称} ____cacheline_internodealigned_in_smp;Handle_irq是这个或者这组中断的处理函数入口.当中断发生时总中断入口函数asm_do_IRQ将根据中断号调用相应irq_desc数组中的handle_irq函数,handle_irq使用chip结构中的函数来清除,屏蔽,使用中断,还会一一调用用户在action链表中注册的中断处理函数.Struct irq_chip{const char *name; //启动中断,如果不设置,缺省为"enable"unsigned int (*startup)(unsigned int irq); //启动中断,如果不设置,缺省为"enable" void (*shutdown)(unsigned int irq); //关闭中断,如果不设置,缺省为"disable"void (*enable)(unsigned int irq); //使能中断,如果不设置,缺省为unmaskvoid (*disable)(unsigned int irq); //禁止中断如果不设置,缺省为"mask"void (*ack)(unsigned int irq); //响应中断,通常是清除当前中断使得可以接收下一个中断void (*mask)(unsigned int irq); //屏蔽中断源void (*mask_ack)(unsigned int irq); //屏蔽和响应中断void (*unmask)(unsigned int irq); //开启中断源..........}struct irqaction *action; 结构类型在include/linux/interrupt..h中定义.用户注册的每一个中断处理函数都用一个irqaction结构表示,一个中断(比如共享中断)可以有多个处理函数,它们的irqacion结构链接成一个链表,以action为表头.struct irqaction {irq_handler_t handler; //用户注册的中断处理函数unsigned long flags;//中断标志,比如是否为共享中断,电平触发还是边沿触发const char *name; //用户注册的中断名字void *dev_id; //用户供给的handle参数,还可以区分共享中断struct irqaction *next;int irq; //中断号struct proc_dir_entry *dir;irq_handler_t thread_fn;struct task_struct *thread;unsigned long thread_flags;};Irq_desc结构数组中:"irq_flow_handler_thandle_irq" , "struct irq_chip *chip " , "struct ,ir qaction *action"这三种数据结构构成了中断处理体系结构.很明显,中断需要用户处理的只有最后一步,就是用户的action中断处理函数.所以我们需要告诉内核我们相应的中断处理函数在哪里,中断注册:reguest_irq, 相对应的中断卸载: free_irq.int request_irq(unsigned int irq, //中申请中断的中断号,可以根据不用的引脚到irqs.h里面查找irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),//用户写的中断处理函数unsigned long irqflags,//中断触发方式(高电平触发,低电平触发,上升沿,下降沿等)const char *devname,//中断名字(自己取名)void *dev_id); //dev_id(共享中断时,用于识别倒里是哪个硬件产生的中断)//同一中断的不同处理函数必须用dev_id来区分,//共享中断之间既可使用同一中断处理函数,也可使用不同中断处理函数,都需要dev_id区分.中断注册做了三件事:1.提供用户action中断处理函数链接2.中断触发方式是什么3.中断使能Void free_irq(unsigned int irq, //中断号与注册时对应void *dev_id) //共享中断时用于区分不同硬件与注册时对应中断卸载和注册相反:1.根据中断号irq,dev_id从action链表中找到表项,将它删除2.如果它是唯一表项,还要调用IRQ_DESC[IRQ].CHIP->SHUTDOWN或DESC[IRQ].CHIP->DISABLE来关闭中断.所以很显然,用户要自己写一个中断程序,只需要实现三步,1.向内核申请注册中断2.实现用户中断处理函数3.在不需要该中断的时候卸载中断附上一个例子:按键的中断程序驱动程序:#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/init.h>#include <linux/delay.h>#include <asm/irq.h>#include <linux/interrupt.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/arch/regs-gpio.h>#include <asm/hardware.h>#define DEVICE_NAME "buttons" /* 加载模式后，执行”cat /proc/devices”命令看到的设备名称*/#define BUTTON_MAJOR 232 /* 主设备号*/struct button_irq_desc {unsigned long flags;char *name;};/* 用来指定按键所用的外部中断引脚及中断触发方式, 名字*/static struct button_irq_desc button_irqs [] = {{IRQ_EINT19, IRQF_TRIGGER_FALLING, "KEY1"}, /* K1 */{IRQ_EINT11, IRQF_TRIGGER_FALLING, "KEY2"}, /* K2 */{IRQ_EINT2, IRQF_TRIGGER_FALLING, "KEY3"}, /* K3 */{IRQ_EINT0, IRQF_TRIGGER_FALLING, "KEY4"}, /* K4 */};/* 按键被按下的次数(准确地说，是发生中断的次数) */static volatile int press_cnt [] = {0, 0, 0, 0};/* 等待队列:* 当没有按键被按下时，如果有进程调用s3c24xx_buttons_read函数，* 它将休眠*/static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，s3c24xx_buttons_read将它清0 */ static volatile int ev_press = 0;static irqreturn_t buttons_interrupt(int irq, void *dev_id){volatile int *press_cnt = (volatile int *)dev_id;*press_cnt = *press_cnt + 1; /* 按键计数加1 */ev_press = 1; /* 表示中断发生了*/wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程*/return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);}/* 应用程序对设备文件/dev/buttons执行open(...)时，* 就会调用s3c24xx_buttons_open函数*/static int s3c24xx_buttons_open(struct inode *inode, struct file *file) {int err;for (i = 0; i < sizeof(button_irqs)/sizeof(button_irqs[0]); i++) {// 注册中断处理函数err = request_irq(button_irqs[i].irq, buttons_interrupt, button_irqs[i] .flags,button_irqs[i].name, (void *)&press_cnt[i]);if (err)break;}if (err) {// 释放已经注册的中断i--;for (; i >= 0; i--)free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)&press_cnt[i]);return -EBUSY;}return 0;}/* 应用程序对设备文件/dev/buttons执行close(...)时，* 就会调用s3c24xx_buttons_close函数*/static int s3c24xx_buttons_close(struct inode *inode, struct file *file){int i;for (i = 0; i < sizeof(button_irqs)/sizeof(button_irqs[0]); i++) {// 释放已经注册的中断free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)&press_cnt[i]);}return 0;}/* 应用程序对设备文件/dev/buttons执行read(...)时，* 就会调用s3c24xx_buttons_read函数*/static int s3c24xx_buttons_read(struct file *filp, char __user *buff,size_t count, loff_t *offp){unsigned long err;/* 如果ev_press等于0，休眠*/wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);/* 执行到这里时，ev_press等于1，将它清0 */ev_press = 0;/* 将按键状态复制给用户，并清0 */err = copy_to_user(buff, (const void *)press_cnt, min(sizeof(press_cnt), co unt));memset((void *)press_cnt, 0, sizeof(press_cnt));return err ? -EFAULT : 0;}/* 这个结构是字符设备驱动程序的核心* 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数，* 最终会调用这个结构中的对应函数*/static struct file_operations s3c24xx_buttons_fops = {.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，指向编译模块时自动创建的__this_module变量*/.open = s3c24xx_buttons_open,.release = s3c24xx_buttons_close,.read = s3c24xx_buttons_read,};/** 执行“insmod s3c24xx_buttons.ko”命令时就会调用这个函数*/static int __init s3c24xx_buttons_init(void){int ret;/* 注册字符设备驱动程序* 参数为主设备号、设备名字、file_operations结构；* 这样，主设备号就和具体的file_operations结构联系起来了，* 操作主设备为BUTTON_MAJOR的设备文件时，就会调用s3c24xx_buttons_fops中的相关成员函数* BUTTON_MAJOR可以设为0，表示由内核自动分配主设备号*/ret = register_chrdev(BUTTON_MAJOR, DEVICE_NAME, &s3c24xx_buttons_fops);if (ret < 0) {printk(DEVICE_NAME " can't register major number\n");return ret;}printk(DEVICE_NAME " initialized\n");return 0;}/** 执行”rmmod s3c24xx_buttons.ko”命令时就会调用这个函数*/static void __exit s3c24xx_buttons_exit(void){/* 卸载驱动程序*/unregister_chrdev(BUTTON_MAJOR, DEVICE_NAME);}/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数*/module_init(s3c24xx_buttons_init);module_exit(s3c24xx_buttons_exit);/* 描述驱动程序的一些信息，不是必须的*/MODULE_AUTHOR(""); // 驱动程序的作者MODULE_DESCRIPTION("S3C2410/S3C2440 BUTTON Driver"); // 一些描述信息MODULE_LICENSE("GPL"); // 遵循的协议///。