linux io中断驱动编程

Linux IO中断驱动编程是一种在Linux操作系统下进行硬件设备输入输出操作的高级编程技术。它允许程序在硬件设备完成数据传输或其他操作时接收中断信号，从而实现高效的设备管理和数据处理。

基础概念

中断：中断是一种由硬件设备发起的信号，用于通知CPU某个事件已经发生，需要立即处理。

中断驱动编程：在这种编程模式下，程序会注册一个中断处理函数，当特定中断发生时，操作系统会调用这个函数来响应中断。

IO中断：特指与输入输出操作相关的中断，如磁盘读写完成、键盘按键等。

类型

硬件中断：由外部设备触发，如键盘、鼠标、网卡等。
软件中断：由软件指令触发，通常用于系统调用。

应用场景

设备驱动程序开发：如硬盘控制器、网络接口卡等。
实时系统：需要在规定时间内响应外部事件的系统。
嵌入式系统：资源有限但要求高效运行的环境。

示例代码

以下是一个简单的Linux中断驱动程序框架示例：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>

static irqreturn_t my_interrupt_handler(int irq, void *dev_id) {
    printk(KERN_INFO "Interrupt occurred!\n");
    // 处理中断逻辑
    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init my_module_init(void) {
    int ret;

    // 注册中断处理函数
    ret = request_irq(irq_number, my_interrupt_handler, IRQF_SHARED, "my_irq_handler", NULL);
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register IRQ handler\n");
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "Module loaded successfully\n");
    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void) {
    // 注销中断处理函数
    free_irq(irq_number, NULL);
    printk(KERN_INFO "Module unloaded successfully\n");
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple interrupt driven module");

遇到的问题及解决方法

问题：中断处理函数执行时间过长，影响系统性能。

原因：中断处理函数中包含了耗时的操作，导致中断响应延迟。

解决方法：

将耗时操作移到中断上下文之外的工作队列中执行。
使用内核定时器来安排后续处理。

示例代码：

static irqreturn_t my_interrupt_handler(int irq, void *dev_id) {
    schedule_work(&my_work);
    return IRQ_HANDLED;
}

static struct work_struct my_work;

static void my_work_handler(struct work_struct *work) {
    // 耗时操作
}

在模块初始化时，需要初始化工作队列：