嵌入式学习(六)——嵌入式Linux设备驱动开发(三)

姓名:李萌怡  学号:19020100103  学院:电子工程学院

转自:https://blog.csdn.net/light_in_dark/article/details/73372520

【嵌牛导读】:学习了嵌入式linux设备系统开发的内核部分中关于时间和定时器的设置后,需要了解中断源和中断号的定义,并学习对此进行设置的方法。

【嵌牛鼻子】:中断源  中断号

【嵌牛提问】:中断源和中断号是什么?应该怎样处理?

【嵌牛正文】

一、中断源和中断号

中断是硬件通过硬件电路产生的,因此,如果一个外设没有独立的中断线,也就不能产生中断。

中断控制器的工作是收集硬件产生的中断,然后根据预先设定好的优先级依次提交给cpu。

对arm处理器来说,中断控制器的发展经历了3个阶段:

PIC (Programmable Interrupt Controller)

VIC (Vector Interrupt Controller)

GIC (General Interrupt Controller)

中断源: 是硬件概念;中断号: 是软件概念,从0开始依次向后排。在linux内核中中断号和中断源有一定的对应关系。每种不同处理器的中断源都不一样,从中断源到中断号的转换方式也不一样。中断号都定义在“mach/irqs.h”中,可以用两种不同的方法来查找中断号:

(1)芯片内部的外设

首先明确设备的名字,然后利用名字匹配,自行在irqs.h中找到对应的中断号;

比如看门狗设备对应的中断号为IRQ_WDT, rtc硬件对应的为IRQ_RTC_ALARAM/IRQ_RTC_TIC。

(2)芯片外部连接的设备

由于设备的中断引脚通常都连接到GPIO,因此可以利用GPIO号来找到中断号:中断号 = gpio_to_irq(GPIO号)

在注册中断处理函数时,可以用如下方式包含该头文件,并引用其中的宏:

#include <mach/irqs.h>

二、Linux的中断处理

(1)核心结构体

A、irq_desc

定义在“linux/irqdesc.h”

对应一个中断号。linux内核在启动时分配了一个irq_desc的数组,数组中共有NR_IRQS个成员。每个irq_desc中记录对应中断的各类信息,比如中断的处理函数,中断的发生次数等。

irq_desc由内核负责准备。

B、irqaction

定义在“linux/interrupt.h”

每个irqaction用于封装一个中断处理函数。结构体由驱动人员负责分配。

irqaction中包含中断号;中断处理函数指针;中断的执行标志;中断名等

C、irq_handler_t

定义在“linux/interrupt.h”,如下:

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

中断处理函数类型,中断处理函数由驱动负责实现,记录在irqaction中。

irqreturn_t只有两个值,IRQ_NONE/IRQ_HANDLED。如果中断不是由本设备引起的,则返回IRQ_NONE,否则返回IRQ_HANDLED。

函数参数irq为中断号,void *为传递给中断处理函数的参数,对应irqaction->dev_id。

(2)中断处理函数

驱动人员在设计中断处理函数时,要遵循的要求是:

A、可嵌套不可重入

B、不能睡眠

C、如果硬件有中断的状态寄存器,软件要负责清除中断的标志位。一般来说,如果不清除标志位,设备无法再次产生中断。

kzalloc(size, GFP_KERNEL); //可能睡眠

kzalloc(size, GFP_ATOMIC); //不会睡眠

D、中断处理函数的注册和注销

#include <linux/interrupt.h>

#include <mach/irqs.h> //片内外设

#include <linux/gpio.h> //片外外设

#include <mach/gpio.h>

//确定中断号

#define KEY_IRQ    gpio_to_irq(gpio号);

//中断处理函数

static irqreturn_t key_service(int irq, void *dev_id)

{

    //根据硬件及软件的相关要求完成工作

    ...

    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;

}

//注册中断处理函数,必须检查返回值

//request_irq内部会分配并初始化irqaction

//如果是内部设备产生的中断,一般不需要共享,也不用配置IO,则flags可以为0

u32 flags = IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING;

int ret;

ret = request_irq(KEY_IRQ, /* 中断号 */

                  key_service, /* 中断处理函数 */

                  flags, /* 中断的标志 */

                  "xxx", /* 中断处理函数的名字 */

                  dev_id);

//最后的参数dev_id为传给中断处理函数的参数,一般会设置为私有结构体的指针,不能为NULL。实际上,如果是非共享的中断,dev_id可以为NULL。

if (ret) {

    printk("Cannot register interrupt handler\n");

    return -1;

}

//注销中断处理函数

free_irq(irq, dev_id);

//参数为中断号和dev_id。dev_id一定要和request_irq中的最后一个参数一致。

//可以人为关闭(mask)/打开某个中断:

disable_irq(int irq);

enable_irq(int irq);

//上面的两个函数支持嵌套,也就是说,如果调用了3次disable_irq,需要enable_irq3次,才能真正使能中断,要确保先调用disable_irq,再调用enable_irq;

//如果要屏蔽整个cpu的中断,可以用:

local_irq_disable();

local_irq_enable();

(3)中断下半部

A、下半部的含义

在进入中断处理函数前,会默认关闭本中断。对于某些要求迅速响应或数据吞吐量很大的中断,要考虑将中断处理函数的工作分为两个部分,分别称为中断的上半部和下半部。

下半部的实现有多种方法,包括softirq,tasklet和工作队列(work queue)。

对于驱动来说,只会使用tasklet和工作队列(work queue)。

可以打开或关闭本cpu的下半部:

local_bh_enable();

local_bh_disable();

B、tasklet

tasklet特点

a、在上半部执行完后马上执行,但此时中断是全部打开的;

b、执行tasklet时内核仍处于中断上下文,因此不能睡眠;

c、tasklet的执行函数不会重入;

d、如果在tasklet的执行期间再次发生调度,第二次调度无效;

#include <linux/interrupt.h>

//声明tasklet结构体

struct tasklet_struct mytask;

//tasklet的执行函数

void bo_service(unsigned long data)

{

    ...

//上半部的执行函数

irqreturn_t up_service(int irq, void *dev_id)

{

    //首先完成和硬件交互之类的重要工作

    //触发tasklet下半部

    tasklet_schedule(&mytask);

    或tasklet_hi_schedule(&mytask);

    ...

    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;

}

//初始化tasklet

tasklet_init(&mytask, bo_service, (unsigned long)dev);

C、工作队列(work queue)

工作队列特点

a、推后到进程上下文执行,此时中断是全部打开的;

b、执行work时处于进程上下文,因此可以睡眠;

c、work的执行函数不会重入;

d、如果在work的执行期间再次发生调度,第二次调度无效;

如果是redhat,则内核创建一组内核线程,名字为events/x,由该内核线程负责执行下半部函数;

x为cpu的编号,可以为0,1等;

如果是Android,则内核创建的内核线程名字为kworker/x:y

x是cpu编号,y应该是该cpu上的第几个内核线程;

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/workqueue.h>

//声明tasklet结构体

struct work_struct mywork;

//工作队列的执行函数

void bo_service(struct work_struct *data)

{

    ...

//上半部的执行函数

irqreturn_t up_service(int irq, void *dev_id)

{

    //首先完成和硬件交互之类的重要工作

    //默认情况下,上下半部在同一cpu上执行

    //可以唤醒给定cpu上的线程执行下半部

    //1代表cpu1,0代表cpu0

    schedule_work(&mywork);

    或schedule_work_on(1, &mywork);

    ...

    return IRQ_HANDLED 或 IRQ_NONE;

}

//初始化工作队列

INIT_WORK(&mywork, bo_service);

//注册上半部

ret = request_irq(KEY_IRQ, up_service, flags, "wq_test", &mywork);

if (ret) {

    printk("cannot request irq %d\n", KEY_IRQ);

    return ret;

}

工作队列的实现在“linux/workqueue.h”。

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