中断线程化

中断知识点-中断线程化

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前言

首先还是特别有必要从概念上来理解这个知识点，如果概念都没有理解清除，何从去理解这个知识点存在的意义呢？
我自己看很多文档，特别第一次看的时候，都是云里雾里，很难理解这到底是个什么东西，当我自己熟悉了理解了发现如此简单，一个简单机制而已。

这里简单理解下：

• 前面我们了解的知识点：中断触发了 中断函数，可以理解为中断上文。 那么中断下文可以通过 tasklet - 共享queue-自定义queue-queue队列管理 来实现延时阻塞处理。
• 那么 中断线程话机制是：在中断函数中断上文的同步触发的情况下，中断下文基于内核机制在线程或者进程中同步处理。甚至中断上文触发函数都不要了 设为null,直接触发中断下文的 中断线程化机制 处理 延时、阻塞业务。

下面先看一下程序，加深理解，简单的驱动中断现成化程序

参考资料

Linux中断线程化
中断的线程化处理
中断线程化，洞悉万象-从理论抽象级到代码实现级
添加链接描述RK3568驱动指南｜第五期-中断-第49章 中断线程化实验

一、中断线程化程序

中断线程化接口函数-request_threaded_irq

int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
const char *devname, void *dev_id);

参数说明

• irq： 中断号， 表示要请求的中断线路。
• handler： 是在发生中断时首先要执行的处理程序， 非常类似于顶半部， 该函数最后会返
  回 IRQ_WAKE_THREAD 来唤醒中断， 一般 handler 设为 NULL， 用系统提供的默认处理。
• thread_fn： 线程化的中断处理函数， 非常类似于底半部。 如果此处设置为 NULL 则表示
  没有使用中断线程化。
• irqflags： 中断标志， 用于指定中断的属性和行为。
• devname： 中断的名称， 用于标识中断请求的设备。
• dev_id： 设备标识符， 用于传递给中断处理函数的参数。

函数返回值
函数返回一个整数值， 表示中断请求的结果。 如果中断请求成功， 返回值为 0， 否则返回
一个负数错误代码。

程序示例

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

int irq;

// 中断处理函数的底半部（线程化中断处理函数）
irqreturn_t test_work(int irq, void *args)
{
    // 执行底半部的中断处理任务
    msleep(1000);
    printk("This is test_work\n");
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
// 中断处理函数的顶半部
irqreturn_t test_interrupt(int irq, void *args)
{
    printk("This is test_interrupt\n");
    // 将中断处理工作推迟到底半部
    return IRQ_WAKE_THREAD;
}

static int interrupt_irq_init(void)
{
    int ret;
    irq = gpio_to_irq(101); // 将GPIO映射为中断号
    printk("irq is %d\n", irq);
    // 用于请求并注册一个线程化的中断处理函数
    ret = request_threaded_irq(irq, test_interrupt, test_work, IRQF_TRIGGER_RISING, "test", NULL);
    if (ret < 0)
    {
        printk("request_irq is error\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

static void interrupt_irq_exit(void)
{
    free_irq(irq, NULL); // 释放中断
    printk("bye bye\n");
}

module_init(interrupt_irq_init);
module_exit(interrupt_irq_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("fangchen");

示例程序测试触摸，kernel 层日志如下：

二、驱动中中断队列与中断线程化的区别与比较

自己在看这个知识点时候，一直想前面task、队列、队列管理 机制都有了，这个线程化机制又是搞什么的，下面我们从不同角度看看。

基本概念对比

特性	中断队列 (传统中断处理)	中断线程化
执行上下文	上半部在中断上下文，下半部多种形式	全部在线程上下文(进程上下文)执行
可否睡眠	上半部不能，部分下半部机制可以	可以睡眠和调度
优先级	中断优先级由硬件决定	可调整线程优先级
实现复杂度	需要区分上下半部	编程模型更简单

这里就是需要理解的 执行上下文对比：中断线程化 直接在线程和进程中处理。

技术实现差异

中断队列实现

上半部处理：在request_irq()注册的处理函数中快速执行

下半部机制选择：

• Softirq：内核预定义，执行快但不可睡眠

• Tasklet：基于Softirq，同类型串行执行

• Workqueue：内核线程执行，可睡眠

// 传统中断注册
request_irq(irq, handler, flags, name, dev);

// 工作队列使用示例
struct work_struct my_work;
INIT_WORK(&my_work, work_handler);

irqreturn_t handler(int irq, void *dev_id)
{
    schedule_work(&my_work);  // 调度工作队列
    return IRQ_HANDLED;
}

中断线程化实现

// 线程化中断注册
request_threaded_irq(irq, primary_handler, threaded_handler, flags, name, dev);

// 示例：完全线程化(primary_handler为NULL)
request_threaded_irq(irq, NULL, threaded_handler, flags, name, dev);

性能特征比较

指标	中断队列	中断线程化
响应延迟	上半部响应极快	有线程调度开销
吞吐量	高频率中断处理更高效	高频中断时线程切换开销大
确定性	受其他中断影响	优先级控制更好，确定性更高
CPU负载	直接占用中断CPU时间	可通过负载均衡分散到其他CPU

适用场景分析

适合使用中断队列的场景

• 极高频率的中断(如网络数据包接收)
• 对延迟极其敏感的硬件控制
• 不需要复杂处理逻辑的中断
• 内核没有配置线程化支持的场景

适合使用中断线程化的场景

• 需要睡眠或等待资源的操作
• 实时性要求高的应用(PREEMPT_RT补丁)
• 复杂的中断处理逻辑
• 需要精确控制处理优先级的场景
• 用户空间驱动程序(如UIO)

三、知识扩展-irqreturn_t 返回值问题

irqreturn_t 是中断处理函数的返回值类型，用于指示中断是否被成功处理。以下是它的定义和具体应用场景

返回值类型

irqreturn_t 是一个枚举类型，定义在 <linux/interrupt.h> 中：

typedef enum irqreturn {
    IRQ_NONE        = (0 << 0),    // 中断未处理
    IRQ_HANDLED     = (1 << 0),    // 中断已处理
    IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),    // 需要唤醒线程处理
} irqreturn_t;

各返回值的含义及应用场景

IRQ_NONE

• 含义 当前中断处理函数未处理该中断。
• 场景：共享中断线（多个设备共享同一个 IRQ 号）时，如果当前设备的中断未被触发，应返回 IRQ_NONE，以便内核继续调用其他设备的中断处理函数。
  如下：

if (device_interrupt_condition_not_met) {
    return IRQ_NONE; // 不是本设备的中断
}

IRQ_HANDLED

• 含义：中断已由当前处理函数成功处理。
• 场景：非共享中断线（独占 IRQ）时，直接返回 IRQ_HANDLED；共享中断线中，确认是本设备中断并完成处理后返回。
  如下：

handle_device_irq();
return IRQ_HANDLED; // 中断已处理

IRQ_WAKE_THREAD

• 含义：中断需要由内核线程进一步处理（耗时操作）
• 场景：中断处理分为上半部（快速响应）和下半部（耗时处理）。如果上半部需要唤醒线程（如 tasklet 或工作队列）继续处理，则返回 IRQ_WAKE_THREAD；必须通过 request_threaded_irq() 注册中断处理函数时才能使用此返回值；
  示例：

if (need_threaded_processing) {
    return IRQ_WAKE_THREAD; // 唤醒线程处理下半部
}

注意事项

• 共享中断：必须检查中断来源，非本设备时返回 IRQ_NONE。
• 线程化中断：使用 request_threaded_irq() 注册时才能返回 IRQ_WAKE_THREAD。
• 性能考虑：上半部应尽可能快，耗时操作放到下半部（线程、tasklet 等）。

总结

• 梳理了解 驱动中断中的 中断线程化机制
• 对比task、软中断、队列 机制的不同，各自不同的使用场景

建议

• 纯性能考量：高频中断优先考虑传统中断队列
• 功能需求：需要复杂处理/阻塞操作时选择线程化
• 实时性要求：实时系统优先使用线程化中断
• 开发便捷性：线程化编程模型更简单直接
• 资源占用：线程化占用更多内存(每个中断一个线程栈)