本文探讨了 Linux 中断处理的传统模型与中断线程化的理念，以及在触摸屏驱动中为何使用线程化的中断处理。

1 什么是中断？

中断（Interrupt）是硬件设备用来通知处理器发生某个事件的机制。当设备产生中断时，处理器会暂停当前正在执行的任务，转而执行与该中断相关的中断处理程序（Interrupt Handler）。

触摸屏与中断：

• 触摸屏设备通常使用中断机制来报告触摸事件。例如，当用户手指触摸屏幕时，触摸屏控制器会发出中断信号，通知处理器读取触摸点的坐标信息。

2 传统的中断处理模型

在传统的中断处理模型中，中断处理程序分为上半部（Top Half）和下半部（Bottom Half）：

• 上半部：这是在中断发生时立即执行的部分，处理最紧急的任务，如确认中断源、清除中断标志等。上半部的执行时间应该尽量短，以便快速恢复系统的正常运行。

• 下半部：用于处理那些不需要立即完成的任务，如数据传输、复杂计算等。虽然下半部可以延迟执行，但它仍然比普通进程有更高的优先级，可能会影响系统的实时性能。

问题：

• 如果中断非常频繁，处理器可能会花大量时间在上下半部处理中，导致系统中其他任务得不到及时处理。

3 内核线程与用户进程

在操作系统中，执行任务的实体可以分为内核线程和用户进程：

• 内核线程（Kernel Thread）：运行在内核空间，专门用于内核任务，如驱动程序的后台处理、系统资源管理等。内核线程不涉及用户空间的地址转换，执行效率更高。

• 用户进程（User Process）：运行在用户空间，通常是用户启动的应用程序。它们通过系统调用与内核交互来完成任务，但执行优先级通常低于内核线程。

4 中断线程化的理念

为了减少频繁中断对系统性能的影响，Linux 内核引入了中断线程化（Threaded Interrupts）的概念。

• 中断线程化：通过将中断的下半部处理放入内核线程中，使中断处理程序成为一个可调度的线程。这些中断处理线程与普通进程一样，由操作系统调度器管理，可以被赋予不同的优先级。

优势：

• 优先级控制：中断线程可以设置不同的优先级，甚至低于某些重要的用户进程。这样可以保证系统中更重要的任务优先执行，而不会因为频繁的中断处理而被延迟。
• 公平竞争：线程化后的中断处理程序与普通进程一起竞争 CPU 资源，减轻中断对系统实时性的影响。

5 devm_request_threaded_irq 与 request_irq 的比较

在 Linux 中，有两种常见的中断注册函数：

• request_irq：用于注册一个中断处理程序。当中断发生时，立即调用该处理程序。
• devm_request_threaded_irq：除了注册中断处理程序外，还支持中断线程化，并具有自动资源管理的功能。

为什么选择 devm_request_threaded_irq？

• 当中断处理比较耗时或非关键时，可以通过 devm_request_threaded_irq 将中断处理线程化，以减少对系统整体性能的影响。
• devm_ 系列函数还具有自动资源管理功能，确保在设备卸载时，系统自动释放相关资源，避免资源泄漏。

6 触摸屏驱动中的中断线程化

触摸屏设备的中断处理通常需要读取触摸点的坐标信息，这个过程可能涉及较慢的 I2C 通信（通常最大速度为 400KHz）。如果触摸事件频繁发生，处理器可能会花费大量时间处理触摸中断，影响系统的其他任务。

中断线程化的应用场景：

• 对于触摸屏这样的设备，触摸事件通常不是最高优先级的任务。因此，可以将触摸中断处理线程化，降低其优先级，确保系统中其他更重要的任务（如音视频处理）能够优先执行。

实例：

• Linux 内核中的一些触摸屏驱动（如 goodix.c、mms114.c 等）就是通过 devm_request_threaded_irq 实现中断线程化的。

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