Linux内核学习笔记——中断，tasklet和工作队列

分手后的思念是犯贱 2022-05-23 13:18 451阅读 0赞

对于操作系统来说，中断的实现和裸机代码是不一样的，对于裸机代码来说，它的处理过程更符合下面这个流程，我们在编写裸板驱动代码的时候，一般处理的是硬件中断，而且中断号也是硬件中断号，这个中断号是和CPU寄存器的连线方式直接相关的，只要连线方式一确定，那么外设对应的中断号就确定了。

比如在下面这个图中，中断源可以是TIMER或者BUTTON，对应的中断号是6和16，当这些外设产生中断信号的时候，它首先通过中断控制器的判断将信号传给中断核心层，CPU收到该信号以后会做一些保存现场的工作，然后跳到中断向量表查找对应的中断处理程序并进行处理。

![20180609191417161][]

但是操作系统的处理方式并不是这样的，内核对这些驱动的架构都进行了抽象，让编写驱动的时候要符合一定的规则，这样一来，让驱动的编写过程变成了对驱动架构的填充过程，这确实省了不少事，所以这里简单记录一下不同驱动架构中，中断的接收和处理过程是怎么穿梭其中的。

![20180609192312187][]

对于内核的驱动架构来说，它不在如过家家似的裸机代码了，首先要对中断号进行映射，也要对外设的数据寄存器以及代码寄存器的地址进行映射。比如寄存器接受到中断号是16的中断信号，当这个信号映射到内核后，这个中断号是160了，当然这两个中断信号其实是同一个信号，只是在不同层之间的不同表示而已，他们是键值对的关系。

**linux 驱动中断处理相关数据结构**

在Linux内核中有一个表存放中断处理程序叫irq\_desc\[\] ，每个个IRQ中断线，Linux都用一个irq\_desc\_t数据结构来描述，我们把它叫做 IRQ描述符， NR\_IRQS 个IRQ形成一个全局数组 irq\_desc\[\]，其定义在 include/linux/irq.h 中：

数据结构irq\_desc里有一项叫做 irqaction。它里面就包含着 handler() 函数。irq\_desc\_t 的 action 成员实际是一个 irqaction 结构的链表，因为多个设备可能共享一个中断源, 每个设备都必须提供一个 irqction 结构挂入 action 链表。

struct irqaction 结构记录当中断发生时具体的处理函数，定义在 include/linux/interrupt.h 文件中。

**中断号IRQ的确定**

不管对于哪种类型的驱动，都可以在 /proc/interrupts下找到映射完以后的kernel中断号：

第一列是kernel map后的中断号， 倒数第三列是中断的触发方式（上升沿、下降沿），最后一列是注册中断处理子程序是我们分配的描述信息

cat /proc/interrupts 
               CPU0       CPU1       CPU2       CPU3       
     20:  109111782 1287889318  833179606 1002449638       GIC  20  arch_timer
     35:          0          0          0          0       GIC  35  watchdog bark
     97:          0          0   30564292          0       GIC  97  edma_eth_tx0
     98:          0          0          6          0       GIC  98  edma_eth_tx1
     99:          0          0     131107          0       GIC  99  edma_eth_tx2
    100:          0          0          4          0       GIC 100  edma_eth_tx3
    101:          0          0          0      22339       GIC 101  edma_eth_tx4
    102:          0          0          0          0       GIC 102  edma_eth_tx5
    103:          0          0          0     205881       GIC 103  edma_eth_tx6
    104:          0          0          0          0       GIC 104  edma_eth_tx7
    105:   28786218          0          0          0       GIC 105  edma_eth_tx8
    106:          4          0          0          0       GIC 106  edma_eth_tx9
    107:      99063          0          0          0       GIC 107  edma_eth_tx10
    108:          2          0          0          0       GIC 108  edma_eth_tx11
    109:          0   29040737          0          0       GIC 109  edma_eth_tx12
    110:          0          4          0          0       GIC 110  edma_eth_tx13
    111:          0      78467          0          0       GIC 111  edma_eth_tx14
    112:          0          8          0          0       GIC 112  edma_eth_tx15
    127:          2          0          0          0       GIC 127  78b5000.spi
    129:    5171604          0          0          0       GIC 129  i2c-msm-v2-irq
    133:          0          0          0          0       GIC 133  sps
    139:     238076          0          0          0       GIC 139  msm_serial_hsl0
    164:          0          0          0          0       GIC 164  xhci-hcd:usb1
    168:          0          0          0          0       GIC 168  xhci-hcd:usb3
    173:          0          0          0          0       GIC 173  int_msi
    174:       1742          0          0   69415235       GIC 174  wlan_pci
    183:          0          0          0          0       GIC 183  int_pls_link_down
    200:       1924          0   91612296          0       GIC 200  wlan_ahb
    201:       1686  235856973          0          0       GIC 201  wlan_ahb
    239:          0          0          0          0       GIC 239  sps
    270:          0          0          0          0       GIC 270  sps
    272:   41376101          0          0          0       GIC 272  edma_eth_rx0
    274:          0   40781979          0          0       GIC 274  edma_eth_rx2
    276:          0          0   38000530          0       GIC 276  edma_eth_rx4
    278:          0          0          0   41502836       GIC 278  edma_eth_rx6
    IPI0:          0          0          0          0  CPU wakeup interrupts
    IPI1:          0          0          0          0  Timer broadcast interrupts
    IPI2:   72607346   70337041   74354456   73214941  Rescheduling interrupts
    IPI3:         14         21         17         20  Function call interrupts
    IPI4:   28106763      93631   23136542   20144633  Single function call interrupts
    IPI5:          0          0          0          0  CPU stop interrupts
    IPI6:    6705108    6830143    5972690    5878126  IRQ work interrupts
    IPI7:          0          0          0          0  completion interrupts
    Err:          0

当然也可以在/proc/irq下搜索更多信息（find -name \*wlan\*）,这个目录会列出所有内核支持的中断号（注意不是硬件中断），对于那些有绑定驱动的中断号，一般都会在对应的中断号目录下显示对应的名称，比如wlan\_pci：

/proc/irq/174# ls
    affinity_hint      smp_affinity       spurious
    node               smp_affinity_list  wlan_pci

对于PCI总线驱动来说，在kernel启动的时候就会对外围设备进行扫描，并将这些外围PCI总线设备添加到链表里面，比如下面的代码，在pci\_common\_init的时候，在pci\_fixup\_irqs函数里面指明，当然PCI设备的irq号不是已经在配置空间里明确指定了的，在总线驱动初始化的过程中会从配置空间里面直接读取，如果驱动没有从配置空间里读取，这里也可以保证他不会丢失。

https://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/72285858

关于IRQ号的映射关系，这篇文章介绍比较详细：

## Linux kernel的中断子系统之（二）：IRQ Domain介绍 ##

1.  **void** \_\_init pci\_common\_init(**struct** hw\_pci \*hw) 
2.  \{ 
3.  **struct** pci\_sys\_data \*sys; 
4.  
5.   INIT\_LIST\_HEAD(&hw->buses); 
6.  
7.  **if** (hw->preinit) 
8.   hw->preinit(); 
9.   pcibios\_init\_hw(hw); 
10. **if** (hw->postinit) 
11.  hw->postinit(); 
12. 
13.  pci\_fixup\_irqs(pcibios\_swizzle, pcibios\_map\_irq);

当然对于一些字符设备也可以从下面的方式，或者查看对应的DTS文件，染后经过一定的转换

$ grep -rns "IRQ" arch/arm/\* | grep "UART" | grep "16"

$ vi arch/arm/plat-s5p/include/plat/irqs.h

关于更多中断子系统的资料可以查看这些文章：

#### [  原  Linux中断（interrupt）子系统之五：软件中断（softIRQ） ][_ Linux_interrupt_softIRQ_] ####

#### [  原  Linux中断（interrupt）子系统之四：驱动程序接口层 & 中断通用逻辑层 ][_ Linux_interrupt_ _ _] ####

#### [  原  Linux中断（interrupt）子系统之三：中断流控处理层 ][_ Linux_interrupt_] ####

#### [  原  Linux中断（interrupt）子系统之二：arch相关的硬件封装层 ][_ Linux_interrupt_arch_] ####

#### [  原  Linux中断（interrupt）子系统之一：中断系统基本原理][_ Linux_interrupt] ####

**中断处理函数的注册**

当我们确定一个事件的中断号以后，就可以对这个中断号注册中断处理函数，这也是中断处理的核心。

static inline int __must_check
    request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
    const char *name, void *dev)
    {
        return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
    }
    extern void free_irq(unsigned int, void *);

request\_irq 函数的参数如下:

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>unsigned int irq </td> 
 <td>// 请求的中断号</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>irqreturn_t (*handler) </td> 
 <td>// 安装的处理函数指针. .</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>unsigned long flags </td> 
 <td>// 与中断管理相关的选项的位掩码(后面描述).</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>const char *dev_name </td> 
 <td>//这个传递给 request_irq 的字串用在 /proc/interrupts 来显示中断的拥有者(/proc/interupts 最后一列)</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>void *dev_id </td> 
 <td>// 用作共享中断线的指针. 它是一个独特的标识, 用在当释放中断线时置为 NULL, 但是使用这个项指向设备结构不管如何是个好主意. 我们将在"实现一个处理"一节中看到 dev_id 的 一个实际应用. </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中第一个参数是上面我们说的kernel的中断号

第二个参数是该终端对应的终端处理子函数

第三个参数用来控制中断类型，比如共享中断和快速中断

dev\_id用来给共享中断指定处理线程

**中断的处理过程**

\* 中断信号由外部设备发送到中断控制器，中断控制器根据IRQ号转换成相应的中断向量号传给CPU 。  
\* CPU接收中断后，保存现场，根据中断向量号到IDT中查找相应的处理函数。对于IRQ n的中断，它的处理函数IRQn\_interrutp()。  
\* 调用do\_IRQ()函数。该函数完成对中断控制器确认、设置中断源状态等动作， 接着它会根据IRQ号找到描述中断具体动作的irqaction结构变量action，执行如下代码：  
处理 irq 事件的函数，主要实现在 kernel/irq/handle.c 中，其中 res = action->handler (irq, action->dev\_id);  
执行了调用用户注册的 handler() 函数的功能。  
 irqreturn\_t handle\_irq\_event(struct irq\_desc \*desc)  
 handle\_irq\_event\_percpu(struct irq\_desc \*desc, struct irqaction \*action)  
\* 最后do\_IRQ()函数要检查是否有软中断，如有则调用do\_softirq()执行软中断。  
\* 跳转到 ret\_from\_intr退出，恢复中断前的现场。

中断处理我们都知道包括中断处理子程序的上半部分和下半部分，上半部分是需要快速执行并且不能阻塞的，主要的任务交给下半部分处理。我们重点讲讲下半部分，下半部分包括：tastlet，工作队列和软中断。

关于这些buttom half的内容就不赘述了，这些文章有详细分析

##     ##

## [linux kernel的中断子系统之（九）：tasklet][linux kernel_tasklet] ##

## [Concurrency Managed Workqueue之（一）：workqueue的基本概念][Concurrency Managed Workqueue_workqueue] ##

## [linux kernel的中断子系统之（八）：softirq][linux kernel_softirq] ##

关于这些不同BH驱动架构的实例也可以参照这个PDF去练练

### [ARM驱动开发][ARM] ###

[20180609191417161]: /images/20220523/dd33a6f731b34c02aec60cc767197f42.png
[20180609192312187]: /images/20220523/88fd0b914f154685af8e2dc31bcbf52f.png
[_ Linux_interrupt_softIRQ_]: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7518428
[_ Linux_interrupt_ _ _]: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7497787
[_ Linux_interrupt_]: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7489756
[_ Linux_interrupt_arch_]: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7467436
[_ Linux_interrupt]: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7445825
[linux kernel_tasklet]: http://www.wowotech.net/irq_subsystem/tasklet.html
[Concurrency Managed Workqueue_workqueue]: http://www.wowotech.net/irq_subsystem/workqueue.html
[linux kernel_softirq]: http://www.wowotech.net/irq_subsystem/soft-irq.html
[ARM]: https://download.csdn.net/download/lee244868149/10469326