Linux学习第22天：Linux中断驱动开发（一）：突如其来

Linux版本号4.1.15 芯片I.MX6ULL 大叔学Linux 品人间百味思文短情长

中断作为驱动开发中很重要的一个概念，在实际的项目实践中经常用到。本节的主要内容包括中断简介、硬件原理分析、驱动程序开发及运行测试。其中驱动程序的开发是本节的重点内容。

本节内容较多，分两次更新。

本笔记的思维导图如下：

一、Linux中断简介

1.中断API函数

中断号：很好理解，不赘述了。

request_irq函数：申请中断，不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用
request_irq 函数会激活(使能)中断，所以不需要我们手动去使能中断， request_irq 函数原型
如下：

int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long flags,
const char *name,
void *dev)

irq：要申请中断的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
flags：中断标志
name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
dev：如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话， dev 用来区分不同的中断，一般情况下将
dev 设置为设备结构体， dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。
返回值： 0 中断申请成功，其他负值中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经
被申请了。
free_irq 函数：中断释放

如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。 free_irq
函数原型如下所示：

void free_irq(unsigned int irq,
void *dev)

irq：要释放的中断。
dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断
只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
返回值：无。

中断处理函数：

中断处理函数格式如下所示：

irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)

第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。第二个参数是一个指向 void 的指针，也就
是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，
dev 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型， irqreturn_t 类型定义
如下所示：

10 enum irqreturn {
11 IRQ_NONE = (0 << 0),
12 IRQ_HANDLED = (1 << 0),
13 IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
14 };
15
16 typedef enum irqreturn irqreturn_t;

一般中断服务函数返回值使用如下形式：

return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)

中断使能与禁止：

void enable_irq(unsigned int irq)
void disable_irq(unsigned int irq)

需要保证不会产生新的中断，并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外一个中断禁止函数：

void disable_irq_nosync(unsigned int irq)

关闭当前处理器的整个中断系统：

local_irq_enable()
local_irq_disable()

要考虑到别的任务的感受，此时就要用到下面两个函数：

local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)

这两个函数是一对， local_irq_save 函数用于禁止中断，并且将中断状态保存在 flags 中。
local_irq_restore 用于恢复中断，将中断到 flags 状态。

2.上半部和下半部

上半部：上半部就是中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可
以放在上半部完成。
下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部
去执行，这样中断处理函数就会快进快出。
需要放到下半部的：

1）不希望被打断

2)时间敏感

3)硬件相关

Linux 内核使用结构体 softirq_action 表示软中断，内容如下：

433 struct softirq_action
434 {
435 void (*action)(struct softirq_action *);
436 };

softirq_action 结构体中的 action 成员变量就是软中断的服务函数
要使用软中断，必须先使用 open_softirq 函数注册对应的软中断处理函数， open_softirq 函数原型如下：

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

nr：要开启的软中断，在示例代码 51.1.2.3 中选择一个。
action：软中断对应的处理函数。
返回值：没有返回值。
注册好软中断以后需要通过 raise_softirq 函数触发， raise_softirq 函数原型如下：

void raise_softirq(unsigned int nr)

nr：要触发的软中断
无返回值

！ Linux 内核使用 softirq_init 函数初始化软中断。

634 void __init softirq_init(void)
635 {
636 int cpu;
637
638 for_each_possible_cpu(cpu) {
639 per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =
640 &per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;
641 per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =
642 &per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;
643 }
644
645 open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);
646 open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
647 }

softirq_init 函数默认会打开 TASKLET_SOFTIRQ 和HI_SOFTIRQ。

tasklet 是利用软中断来实现的另外一种下半部机制，在软中断和 tasklet 之间，建议大家使
用 tasklet。 Linux 内核使用结构体：

484 struct tasklet_struct
485 {
486 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
487 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
488 atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
489 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
490 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
491 };

tasklet_init 函数初始化 tasklet，taskled_init 函数原型如下：

void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,
void (*func)(unsigned long),
unsigned long data);

t：要初始化的 tasklet
func： tasklet 的处理函数。
data：要传递给 func 函数的参数
返回值：没有返回值。
使用宏 DECLARE_TASKLET 来一次性完成 tasklet 的定义和初始化：

DECLARE_TASKLET(name, func, data)

其中 name 为要定义的 tasklet 名字，这个名字就是一个 tasklet_struct 类型的时候变量， func就是 tasklet 的处理函数， data 是传递给 func 函数的参数。
在上半部，也就是中断处理函数中调用 tasklet_schedule 函数就能使 tasklet 在合适的时间运
行， tasklet_schedule 函数原型如下：

void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)

t：要调度的 tasklet，也就是 DECLARE_TASKLET 宏里面的 name。
返回值：没有返回值。

工作队列是另外一种下半部执行方式
要推后的工作可以睡眠那么就可以选择工作队列，否则的话就只能选择软
中断或 tasklet。
work_struct 结构体表示一个工作：

struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
};

工作队列使用 workqueue_struct 结构体表示。

worker 结构体表示工作者线程。

每个 worker 都有一个工作队列。
只需要定义工作(work_struct)即可。

直接定义一个 work_struct 结构体
变量即可，然后使用 INIT_WORK 宏来初始化工作：

#define INIT_WORK(_work, _func)

_work 表示要初始化的工作， _func 是工作对应的处理函数。
DECLARE_WORK 宏一次性完成工作的创建和初始化：

#define DECLARE_WORK(n, f)

n 表示定义的工作(work_struct)， f 表示工作对应的处理函数。
工作的调度函数为 schedule_work，函数原型如下所示：

bool schedule_work(struct work_struct *work)

work：要调度的工作。
返回值： 0 成功，其他值失败。

3.设备树中断信息节点

intc 节点就是I.MX6ULL 的中断控制器节点。

对于 ARM 处理的
GIC 来说，一共有 3 个 cells，这三个 cells 的含义如下：
第一个 cells：中断类型， 0 表示 SPI 中断， 1 表示 PPI 中断。
第二个 cells：中断号，对于 SPI 中断来说中断号的范围为 0~987，对于 PPI 中断来说中断
号的范围为 0~15。
第三个 cells：标志， bit[3:0]表示中断触发类型，为 1 的时候表示上升沿触发，为 2 的时候
表示下降沿触发，为 4 的时候表示高电平触发，为 8 的时候表示低电平触发。 bit[15:8]为 PPI 中
断的 CPU 掩码。
interrupt-controller 节点为空，表示当前节点是中断控制器。
gpio 节点也可以作为中断控制器。
简单总结一下与中断有关的设备树属性信息：
①、 #interrupt-cells，指定中断源的信息 cells 个数。
②、 interrupt-controller，表示当前节点为中断控制器。
③、 interrupts，指定中断号，触发方式等。
④、 interrupt-parent，指定父中断，也就是中断控制器。

4.获取中断号

irq_of_parse_and_map 函数从 interupts 属性中提取到对应的设备号：

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev,
int index)

dev：设备节点。

index：索引号， interrupts 属性可能包含多条中断信息，通过 index 指定要获取的信息。
返回值：中断号。
如果使用 GPIO 的话，可以使用 gpio_to_irq 函数来获取 gpio 对应的中断号，函数原型如
下：

int gpio_to_irq(unsigned int gpio)

gpio：要获取的 GPIO 编号。
返回值： GPIO 对应的中断号。

二、硬件原理图

按键 KEY0 是连接到 I.MX6U 的 UART1_CTS 这个 IO 上的， KEY0接了一个 10K 的上拉电阻，因此 KEY0 没有按下的时候 UART1_CTS 应该是高电平，当 KEY0按下以后 UART1_CTS 就是低电平。

以下内容，将在后续的笔记中整理更新：

三、驱动开发

1.修改设备树文件

2.按键中断驱动程序编写

3.编写测试APP

四、运行测试

1.编译驱动程序和测试APP

2.运行测试

五、总结

本文为参考正点原子开发板配套教程整理而得，仅用于学习交流使用，不得用于商业用途。