linux 中断机制《Rice linux 学习笔记》
linux 中断机制《Rice linux 学习笔记》
这篇文章以按键为例子讲解linux的中断原理，中断的架构，中断的实现。
在我们的开发中，检测按键是否触发，无非就两种方法—轮询和中断。作者认为两种方法最大的区别就是CPU的利用率。
轮询方法：一直占用CPU资源，CPU利用率不高。
中断方法：当产生中断时，占用CPU资源；否则将释放CPU资源。CPU利用率高。
Linux的中断原理：
中断：处理器异常的一种，它是一种特殊的电信号，用硬件发给处理器，处理器接收到中断后，会马上向操作系统反映此信号的到来，然后就由操作系统负责处理这些新到来的数据。
中断服务程序：相应特定中断时，内核会执行的函数。其中：1、中断处理程序是被内核调用来响应中断的。2、而它们运行于我们称之为中断上下文的特殊上下文中。
中断上下部：为了是程序运行得快和完成的工作量多，将中断处理分为两部分，上半部和下半部，其中，上半部（中断处理程序）：接收到中断，立马要执行的程序，只做有严格时限的工作。下半部：允许稍后完成的工作。Linux中断的相关函数：
1、注册中断函数：
中断处理函数结构：
typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void*);
注册中断函数：int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long flags,
const char *name,
void *dev);
其中： irq：要申请的中断号，CPU为每一个外设的中断编号，是一个虚拟的interrupt ID，与硬件无关，给CPU用来标识一个外设中断。
handler：指向该中断的中断处理程序
flags：中断标志
name：设备名
dev，用于共享中断线
2、释放中断函数：void free_irq(unsigned int irq，void* dev )；
其中：irq：处理程序要相应的中断处理程序。
dev：与request_irq的参数dev必须一致，将request_irq指定的dev传递给这个参数；
Linux中断处理分析：
第一种方式：应用层的读，不管什么情况下，都会返回。
第二种方式：应用层的读，只有按键按下的时候，才会返回。
Linux中断实现：
这里例子采用等待队列的方式实现（也就是上述的第二种方法）。
等待队列的方法：
1，定义等待队列：wait_queue_head_t my_queue
2，初始化等待队列：init_waitqueue_head ( &my_queue )
3，定义并初始化等待队列：DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD ( my_queue )
定义等待队列并进行初始化（button_wait_queue）：
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_wait_queue);
请求中断的实现：
open函数的实现：通过reques_irq函数，请求中断。
其中：IRQ_EINT0：按键对应引脚的中断号。
button_irq：该中断指向中断函数。
IRQT_BOTHEDGE：中断类型标志，这里采用双边沿出发。
1. IRQT_NOEDGE
2. IRQT_RISING//上升沿触发
3. IRQT_FALLING //下降沿触发
4. IRQT_BOTHEDGE//双边沿触发
5. IRQT_LOW//低电平触发
6. IRQT_HIGH//高电平触发
7. IRQT_PROBE
"KEY1"：设备名。
&pins_desc[0]：用于共享中断线，请求中断和卸载中断会用到。
static int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("button irq driver: open\r\n");
request_irq(IRQ_EINT0, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "KEY1", &pins_desc[0]);
return 0;
}其中pins_desc的定义：
struct pin_desc {
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
struct pin_desc pins_desc[4] = {
{ GPF0,0xF0},
};卸载中断的实现：
close函数的实现：通过free_irq卸载中断。
其中：IRQ_EINT0：按键对应引脚的中断号。与加载的中断号一致。
&pins_desc[0]：用于共享中断线，与加载时保持一致
static int button_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
return 0;
}中断函数的实现：
button_irq函数的实现：该函数与请求中断注册的中断函数名保持一致。
其中函数参数：irq：中断对应的中断号。
Dev_id：与请求中断函数的第五个参数保持一致。
通过wake_up_interruptible()函数实现等待队列的唤醒。
static irqreturn_t button_irq(int irq, void *dev_id)
{
struct pin_desc *pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pin_val;
pin_val = GPIO_GET_PIN(pindesc->pin);
if(pin_val)
key_val = 0x08 | pindesc->key_val;
else
key_val = pindesc->key_val;
ev_press = 1;
wake_up_interruptible(&button_wait_queue);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}按键值返回用户层的实现：
read函数的实现：通过检测wait_event_interruptible()等待是否被唤醒，其中当ev_press等于1的时候，程序仅需往下运行，如果等于0，则进入睡眠。
static ssize_t button_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
wait_event_interruptible(button_wait_queue, ev_press);
copy_to_user(buf, &key_val, 1);
ev_press = 0;
return sizeof(key_val);
}file_operations结构体的实现：
static struct file_operations buttons_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = button_open,
.read = button_read,
.release = button_close,
};模块初始化函数：
其中：register_chrdev()：申请设备号。
class_create()：创建一个设备类。
device_create()：创建一个设备节点，路径：/dev/xxx
static int __init button_init(void)
{
major = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &buttons_fops);
button_class = class_create(THIS_MODULE, "button_driver");
if (IS_ERR(button_class))
return PTR_ERR(button_class);
button_class_device = class_device_create(button_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button");
if (unlikely(IS_ERR(button_class_device)))
return PTR_ERR(button_class_device);
printk("button driver: init\r\n");
return 0;
}模块卸载函数：
其中：unregister_chrdev()：通过主设备号，注销设备号
device_destroy()：注销设备节点
class_destroy()：注销设备类
static void __exit button_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, DEVICE_NAME);
class_device_unregister(button_class_device);
class_destroy(button_class);
printk("button drive: exit\r\n");
}驱动编写好，写个应用程序进行测试:
当有按键按下时，则输出一句话。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#define file_name "/dev/button"
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
char key_val;
fd = open(file_name, O_RDWR);
if(fd < 0) {
printf("error: can`t open %s", file_name);
return 0;
}
for(;;) {
read(fd, &key_val, 1);
printf("button input: %d\r\n", key_val);
}
return 0;
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