中断基础

中断

CPU 在正常运行期间，由外部或者内部引起的事件，让 CPU 停下当前正在运行的程序，转而去执行触发他中断的对应程序，处理完中断对应程序后再回来继续运行。这就是中断。

中断上下文

虽然中断可以提高 CPU 的运行效率，但中断会打断内核进程的正常调度和运行，所以为了保证系统的实时性，中断服务程序必须足够短。但实际应用中，我们可能需要在中断后执行一些比较耗时的任务，为此，内核提出了中断上下文的概念，即把中断服务程序分为两部分，中断上文和中断下文。

中断上文用来完成比较紧急且耗时短的任务，中断下文用来处理比较耗时的任务。

中断号

中断号（IRQ number）也叫软中断号，在 Linux 系统中是唯一的，也是我们在中断编程中需要用到的中断号。

中断源类型

SGI(Software-generated interrupt)：范围0 - 15，软件触发的中断，一般用于核间通讯
PPI(Private peripheral interrupt )：范围16 - 31，私有外设中断，只对指定的core有效
SPI(Shared peripheral interrupt)：范围32 - 1019，共享中断，不限定特定的core

内核中断 API

获取中断号

操作内核中断，我们需要使用到中断号，gpio_to_irq() 可以将 GPIO 编号转换为中断号，该函数原型如下：

int gpio_to_irq(unsigned gpio);

中断申请

内核中 request_irq() 函数被用来申请中断，该函数原型如下：

#include <linux/interrupt.h>
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev);

函数功能：向内核注册一个中断服务函数（当 irq 对应的中断发生时，会执行 handler 指向的中断服务函数）。

中断服务函数原型为：typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *)

函数参数

irq 中断号（在内核中是唯一的）
handler 中断服务函数指针
flags 中断标志，具体内容由中断源决定，如果中断源为外部中断，则存在上升沿和下降沿两种标志
name 中断名（会在 /proc/interrupts 下体现）
dev 中断服务函数的参数

flags 可取值可以在 linux/interrupt.h 头文件查看，本文将用到标志有 IRQF_TRIGGER_RISING 和 IRQF_TRIGGER_FALLING。

当 flags 指定为共享中断（IRQF_SHARED）时，dev 参数不能为 NULL，并且不同的共享中断 dev 参数不能相同，因为共享中断可以注册多个中断函数，中断号相同，所以需要根据 dev 来区分不同的中断函数。

返回值
返回 0 表示申请成功，失败返回负值。

释放中断

free_irq() 用来注销中断，函数原型为：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

参数与 request_irq() 的部分参数意义相同，这里不再赘述。

【注意】在调用 free_irq() 时，为了防止此时中断被触发，需要先禁止中断。

禁止中断

禁止内核中断的函数包括：

void disable_irq_nosync(unsigned int irq);
void disable_irq(unsigned int irq);

disable_irq() 在调用后不会立刻返回，需要等待中断程序执行完才返回，所以在中断服务函数中不能调用该函数。

disable_irq_nosync() 则会在调用后立刻返回。

使能中断

函数原型：

void enable_irq(unsigned int irq);

实验程序

迅为教学视频里用触摸屏所用的中断 IO 作为外部中断实验的 IO，在实验之前，需要将触摸屏驱动关闭。具体操作步骤为：进入内核根目录，输入 make ARCH=arm64 menucofig，关闭 Device Driver -> Input device support -> Touchscreens 下的 FT5x06 触摸屏驱动：

在这里插入图片描述

修改完成后，用 .config 替换平台默认的配置文件（参考 rk3568 相关文档），然后编译内核，最后将内核烧录到开发板上。

我们要操作触摸屏中断脚，首先要知道中断脚的 IO，根据原理图得知其 IO 为 GPIO3_A5，

在这里插入图片描述

在驱动中，gpio 都是通过编号表示的，那么 GPIO3_A5 的编号是多少呢？这个问题在之前的点灯实验中已经提及：

到网上找资料发现，RK3568 的 GPIO 编号很好计算，以 GPIO0_B7 为例，其 bank 为 0，group 为 1（A 为 0，以此类推），X 为 7，那么它的 pin 编号为 bank * 32 + group * 8 + X = 15，直白点讲，GPIO 的编号就是它在所有 IO 中所属序号

根据上面的公式， GPIO3_A5 的编号为 3 * 32 + 0 * 8 + 5 = 101

实验源码

下面是一个简单的中断驱动代码（参考原文/视频）：

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

int irq;

//中断服务函数
irqreturn_t my_interrupt(int irq, void *args)
{
	printk("my interrupt handler.\n");	
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int interrupt_irq_init(void)
{
	int ret = 0;
	
	// 获取中断号
	irq = gpio_to_irq(101);
	printk("irq is %d\n", irq);

	// 申请中断
	ret = request_irq(irq, my_interrupt, IRQF_TRIGGER_RISING, "inttrupt_test", NULL);
	if(ret < 0)
	{
		printk("request irq error.\n");
		return 0;
	}

	return 0;	
}

static void interrupt_irq_exit(void)
{
	printk("interrupt irq exit.\n");
	// 注销中断
	free_irq(irq, NULL);
}

module_init(interrupt_irq_init);
module_exit(interrupt_irq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("xiaohui");

Makefile 文件：

#目标文件，与驱动源文件同名,编译成模块
obj-m := interrupt.o

#架构平台选择
export ARCH=arm64

#编译器选择
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

#内核目录
KDIR := /home/topeet/Linux/rk356x_linux/kernel/

#编译模块
all:
	make -C $(KDIR) M=$(shell pwd) modules
	
#清除编译文件
clean:
	make -C $(KDIR) M=$(shell pwd) clean