中断处理原理：接口及按键驱动

news2024/10/7 14:29:45

一、什么是中断

一种硬件上的通知机制，用来通知CPU发生了某种需要立即处理的事件

分为：

  1. 内部中断 CPU执行程序的过程中，发生的一些硬件出错、运算出错事件（如分母为0、溢出等等），不可屏蔽
  2. 外部中断 外设发生某种情况，通过一个引脚的高、低电平变化来通知CPU （如外设产生了数据、某种处理完毕等等）

二、中断处理原理

任何一种中断产生，CPU都会暂停当前执行的程序，跳转到内存固定位置执行一段程序，该程序被称为总的中断服务程序，在该程序中区分中断源，然后进一步调用该中断源对应的处理函数。

中断源对应的处理函数被称为分中断处理程序，一般每一个分中断处理程序对应一个外设产生的中断

写驱动时，如果外设有中断，则需要编写一个函数（分中断处理程序）来处理这种中断

三、中断接口

3.1 中断申请

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,const char *name, void *dev)
/*
参数：
	irq：所申请的中断号
	handler：该中断号对应的中断处理函数
	flags：中断触发方式或处理方式 
		触发方式：IRQF_TRIGGER_NONE 		//无触发
		 	 	 IRQF_TRIGGER_RISING 	//上升沿触发
			 	 IRQF_TRIGGER_FALLING  //下降沿触发
				IRQF_TRIGGER_HIGH  	//高电平触发
				IRQF_TRIGGER_LOW 		//低电平触发
		处理方式：
			   IRQF_DISABLED		//用于快速中断，处理中屏蔽所有中断
				IRQF_SHARED		  //共享中断
		name：中断名 /proc/interrupts
		dev：传递给中断例程的参数，共享中断时用于区分那个设备，一般为对应设备的结构体地址，无共享中断时写NULL
返回值：成功：0 失败：错误码
*/

3.2 中断释放

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)；
/*
功能：释放中断号
参数：
	irq：设备号
	dev_id：共享中断时用于区分那个设备一般强转成设备号，无共享中断时写NULL
*/

3.3 中断处理函数原型

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
/*
参数：
	int：中断号
	void*:对应的申请中断时的dev_id
返回值：
	typedef enum irqreturn irqreturn_t;	//中断返回值类型
	enum irqreturn {
		IRQ_NONE	= (0 << 0),
		IRQ_HANDLED	= (1 << 0),
		IRQ_WAKE_THREAD	= (1 << 1),
	};
	返回IRQ_HANDLED表示处理完了,返回IRQ_NONE在共享中断表示不处理
*/

四、按键驱动

按键原理图：

在这里插入图片描述

exynos4412-fs4412.dts中增加节点

mykey2_node {
	compatible = "mykey2,key2";
	key2-gpio = <&gpx1 1 0>;
	interrupt-parent = <&gpx1>;
	interrupts = <1 3>;
};

fs4412_key.h

#ifndef FS4412_KEY_H
#define FS4412_KEY_H

enum KEYCODE
{
	KEY2 = 1002,
	KEY3,
	KEY4,
};

enum KEY_STATUS
{
	KEY_DOWN = 0,
	KEY_UP,
};

struct keyvalue
{
	int code;//which KEY
	int status;
};

#endif

示例：
fs4412_key.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/slab.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include "fs4412_key.h"


int major = 11;
int minor = 0;
int fs4412key2_num  = 1;

struct fs4412key2_dev
{
	struct cdev mydev;

	int gpio;
	int irqno;

	struct keyvalue data;
	int newflag;
	spinlock_t lock;

	wait_queue_head_t rq;
};

struct fs4412key2_dev *pgmydev = NULL;

int fs4412key2_open(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{
	pfile->private_data =(void *) (container_of(pnode->i_cdev,struct fs4412key2_dev,mydev));
	return 0;
}

int fs4412key2_close(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{

	return 0;
}

ssize_t fs4412key2_read(struct file *pfile,char __user *puser,size_t count,loff_t *p_pos)
{
	struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)pfile->private_data;
	int size = 0;
	int ret = 0;

	if(count < sizeof(struct keyvalue))
	{
		printk("expect read size is invalid\n");
		return -1;
	}

	spin_lock(&pmydev->lock);
	if(!pmydev->newflag)
	{
		if(pfile->f_flags & O_NONBLOCK)
		{//非阻塞
			spin_unlock(&pmydev->lock);
			printk("O_NONBLOCK No Data Read\n");
			return -1;
		}
		else
		{//阻塞
			spin_unlock(&pmydev->lock);
			ret = wait_event_interruptible(pmydev->rq,pmydev->newflag == 1);
			if(ret)
			{
				printk("Wake up by signal\n");
				return -ERESTARTSYS;
			}
			spin_lock(&pmydev->lock);
		}
	}

	if(count > sizeof(struct keyvalue))
	{
		size = sizeof(struct keyvalue);
	}
	else
	{
		size = count;
	}

	ret = copy_to_user(puser,&pmydev->data,size);
	if(ret)
	{
		spin_unlock(&pmydev->lock);
		printk("copy_to_user failed\n");
		return -1;
	}

	pmydev->newflag = 0;

	spin_unlock(&pmydev->lock);

	return size;
}

/* 多路复用函数 */
unsigned int fs4412key2_poll(struct file *pfile,poll_table *ptb)
{
	struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)pfile->private_data;
	unsigned int mask = 0;

	poll_wait(pfile,&pmydev->rq,ptb);

	spin_lock(&pmydev->lock);
	if(pmydev->newflag)
	{
		mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
	}
	spin_unlock(&pmydev->lock);

	return mask;
}

struct file_operations myops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = fs4412key2_open,
	.release = fs4412key2_close,
	.read = fs4412key2_read,
	.poll = fs4412key2_poll,
};

irqreturn_t key2_irq_handle(int no,void *arg)
{
	struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg;
	int status1 = 0;
	int status2 = 0;
	int status = 0;

	status1 = gpio_get_value(pmydev->gpio);
	mdelay(1);
	status2 = gpio_get_value(pmydev->gpio);

	if(status1 != status2)
	{
		return IRQ_NONE;
	}

	status = status1;

	spin_lock(&pmydev->lock);
	if(status == pmydev->data.status)
	{
		spin_unlock(&pmydev->lock);
		return IRQ_NONE;
	}

	pmydev->data.code = KEY2;
	pmydev->data.status = status;
	pmydev->newflag = 1;

	spin_unlock(&pmydev->lock);
	wake_up(&pmydev->rq);

	return IRQ_HANDLED;
}

int __init fs4412key2_init(void)
{
	int ret = 0;
	dev_t devno = MKDEV(major,minor);

	struct device_node *pnode = NULL;

	pnode = of_find_node_by_path("/mykey2_node");
	if(NULL == pnode)
	{
		printk("find node failed\n");
		return -1;
	}


	pgmydev = (struct fs4412key2_dev *)kmalloc(sizeof(struct fs4412key2_dev),GFP_KERNEL);
	if(NULL == pgmydev)
	{
		printk("kmallc for struct fs4412key2_dev failed\n");
		return -1;
	}

	/* 调用 of_get_named_gpio 函数得到key2-gpio的编号 */
	pgmydev->gpio = of_get_named_gpio(pnode,"key2-gpio",0);

	/* 获得设备树中的中断号并进行映射 得到中断号 */
	pgmydev->irqno = irq_of_parse_and_map(pnode,0);

	/*申请设备号*/
	ret = register_chrdev_region(devno,fs4412key2_num,"fs4412key2");
	if(ret)
	{
		ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,fs4412key2_num,"fs4412key2");
		if(ret)
		{
			kfree(pgmydev);
			pgmydev = NULL;
			printk("get devno failed\n");
			return -1;
		}
		major = MAJOR(devno);//容易遗漏，注意
	}

	/*给struct cdev对象指定操作函数集*/	
	cdev_init(&pgmydev->mydev,&myops);

	/*将struct cdev对象添加到内核对应的数据结构里*/
	pgmydev->mydev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_add(&pgmydev->mydev,devno,fs4412key2_num);

	/* 初始化等待队列头 */
	init_waitqueue_head(&pgmydev->rq);
	
	/* 初始化自旋锁 */
	spin_lock_init(&pgmydev->lock);
	
	/* 中断申请  */
	ret = request_irq(pgmydev->irqno,key2_irq_handle,IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING,"fs4412key2",pgmydev);
	if(ret)
	{
		printk("request_irq failed\n");
		cdev_del(&pgmydev->mydev);
		kfree(pgmydev);
		pgmydev = NULL;
		unregister_chrdev_region(devno,fs4412key2_num);
		return -1;
	}
	return 0;
}

void __exit fs4412key2_exit(void)
{
	dev_t devno = MKDEV(major,minor);

	/* 中断释放 */
	free_irq(pgmydev->irqno,pgmydev);

	/* 从内核中移除一个字符设备 */
	cdev_del(&pgmydev->mydev);

	/* 删除节点 */
	unregister_chrdev_region(devno,fs4412key2_num);

	/* 释放pgmydev申请的内存 */
	kfree(pgmydev);
	pgmydev = NULL;
}


MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(fs4412key2_init);
module_exit(fs4412key2_exit);

testkey2_app.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include "fs4412_key.h"

int main(int argc,char *argv[])
{
	int fd = -1;
	struct keyvalue keydata = {0};
	int ret = 0;

	if(argc < 2)
	{
		printf("The argument is too few\n");
		return 1;
	}

	fd = open(argv[1],O_RDONLY);
	if(fd < 0)
	{
		printf("open %s failed\n",argv[1]);
		return 3;
	}

	while((ret = read(fd,&keydata,sizeof(keydata))) == sizeof(keydata))
	{
		if(keydata.status == KEY_DOWN)
		{
			printf("Key2 is down!\n");
		}
		else
		{
			printf("Key2 is up!\n");
		}
	}

	close(fd);
	fd = -1;
	return 0;
}

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