【Linux驱动编程】Linux中断上半部和下半部

最新推荐文章于 2025-06-11 23:23:26 发布
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分类专栏： Linux驱动编程 文章标签： Linux中断 上半部 下半部
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_20553613/article/details/80629255
本文介绍了Linux中断处理中的上半部和下半部概念，旨在提高系统的实时性和并发性。中断上半部主要处理硬件交互、时间敏感任务，而下半部则处理耗时任务。Linux中断设计原则包括将硬件操作、实时任务放在上半部，非实时、耗时任务放在下半部。下半部的实现机制包括软中断、tasklet和工作队列。

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前言
  cpu在执行程序时，如果有外部中断触发时，如定时器中断、串行总线中断等，cpu停止当前任务从而转去响应中断处理。对于中断函数的处理，原则是尽快处理完事务并退出中断，这一点也比较好理解，尽快处理中断并返回，保证正常任务的执行，并q且能否响应其他事务的中断，保证实时性和并发性。

  其实，在单片机逻辑编程中已经使用过Linux中断“上下部分”的思维，或者说，Linux中断“上下半部”设计者灵感即源自最初的裸机编程。例如，在单片机裸机编程中，需要通过串口（UART）进行数据通信，对于接收数据情况下，在采用中断方式接收时，我们一般会先将数据存放在一个缓存（buf）中，中断函数只负责将数据存入缓存，而在主函数中获取缓存数据并处理。在这个过程中，中断处理部分即将数据存入缓存的动作为“中断上半部”，当然还包括从寄存器获取数据，改变寄存器状态等。“中断下半部”则是获取缓存数据并处理。

RTOS中断处理
  从裸机编程上升到系统层面，单片机运行实时系统（RTOS）。RTOS一般以线程为调度任务，没有进程概念，但都会提供一套类似标准操作系统的 线程同步机制。此时，在设计中断程序时，可以更好实现“上半部”和“下半部”，特别是“下半部”。以RT-Thread为例，实现一个串口中断接收函数。上半部分负责将数据放入缓存，并通过信号量通知下半部分处理。下半部实现，可以创建一个处理线程，当获得上半部信号量时则调度线程进行处理数据，否则则挂起该线程，节约cpu资源。

Linux中断
 

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linux设备驱动归纳总结（六）：3.中断下半部之tasklet
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中断上下部分
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从 linux1.x版本开始，中断处理程序从概念上被分为上半部分（top half）和下半部分（bottom half）。在中断发生时上半部分的处理 过程立即执行，因为它是完全屏蔽中断的，所以要快，否则其它的中断就得不到及时的处理。但是下半部分（如果有的话）几乎做了中断处理程序所有的事情，可以 推迟执行。内核把上半部分和下半部分作为独立的函数来处理，上半部分的功能就是“登记中断”，决定其相关的下半
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Linux中断我们需要知道两点：1、 Linux中断与中断之间不能嵌套 2、中断服务函数运行时间应当尽量短，做到快进快出。
linux中断的上半部和下半部
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linux中断机制 处理器一旦接收到中断，就会打断正在执行的代码，调用中断处理函数。如果没有禁止中断，该中断处理函数执行过程中仍有可能被其他中断打断。所以，中断处理函数执行得越快越好。另外，中断上下文中不能阻塞，这也限制了中断上下文中能干的事。因此，基于上面的原因，内核将整个的中断处理流程分为了上半部和下半部。 上半部就是之前所说的中断处理函数，而一些需要在中断处理函数后继续执行的操作，内核建议把它放在下半部执行。 有三种方法来实现下半部：软中断、tasklet和等待队列。
韦东山嵌入式Liunx入门驱动开发五(定时器、中断下半部、mmap)
DZJ_Nirvana
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从button_fasync 指针中，取出 fasync_struct 结构体，从这个结构体的 fa_file 中得到接收方的PID ，然后使用 send_sigio函数发送信号。也可以清除这个位表示阻塞。启动了FASYNC 功能的话，驱动程序的 button_fasync 就被设置了，它指向的 fasync_struct 结构体里含有 filp里含有PID。按键触发中断，进入中断处理函数，若不断发生机械振动，会不断进入中断处理函数更新定时器超时时间，时间到后进入定时器处理函数，打印GPIO端口信息。
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与Linux中断息息相关的一个重要概念是Linux中断分为两个半部：上半部（tophalf）和下半部(bottom half)。上半部的功能是登记中断，当一个中断发生时，它进行相应地硬件读写后把中断例程的下半部挂到该设备的下半部执行队列中去。因此，上半部 执行的速度会很快，可以服务更多的中断请求。但是，仅有登记中断是远远不够的，因为中断的事件可能很复杂。因此，Linux引入了一个下半部，来完 成中断事件的绝大多数使命。下半部和上半部大的不同是下半部是可中断的，而上半部是不可中断的，下半部几乎做了中断处理程序所有的事情，而且可以被新的 中断打断！下半部则相对来说并不是非常紧急的，通常还是
linux设备驱动中断之上半部和下半部
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这份文档详细的叙述了linux中断上半部跟下半部的原理，很容易理解。
中断处理的上下半部
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写在前面：在讲解上半部和下半部的的由来前说明一下两者的分工。上半部:完成尽可能少的比较紧急的功能，它往往只是简单的读取寄存器中的中断状态并清除中断标志后就进行“登记中断”(也就是将底半部处理程序挂在到设备的底半部执行队列中的工作)特点：响应速度快下半部:中断处理的大部分工作都在底半部，它几乎做中断处理程序的所有事情。特点：处理相对来说不是非常紧急的事件中断服务例程一般都是在中断请求关闭的条件下执行...
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<think>好的，用户现在问的是中断的上半部和下半部，也就是top half和bottom half。我之前已经回答过关于Linux触摸事件传递流程的问题，现在需要处理这个新的主题。首先，我得回忆一下中断处理的基本知识，确保自己理解正确。 用户可能是在学习Linux内核的中断处理机制，或者在开发驱动时遇到了性能问题，需要优化中断处理流程。他们可能已经知道中断处理分为两部分，但想深入了解两者的区别、使用场景以及具体实现方式。 我需要先解释中断上半部和下半部的基本概念。上半部负责紧急的任务，快速处理并退出，而下半部处理耗时操作。要说明为什么需要这样分，比如避免长时间关闭中断导致系统不稳定。 接下来，应该详细说明两者的区别，包括执行上下文、是否可以中断、时间限制等。然后介绍常见的下半部机制，比如软中断、tasklet、工作队列等，每种机制的特点和适用场景。 可能用户还想知道如何在实际代码中使用这些机制，比如如何注册tasklet或者调度工作队列。需要给出简单的代码示例，但要注意用户可能对内核编程不太熟悉，所以示例要简洁明了。 还要注意用户的问题是否涉及具体的内核版本，但如果没有提到，就按通用情况回答。另外，要确保术语准确，比如“软中断”和“软件中断”可能容易混淆，需要明确区分。 最后，总结使用下半部的最佳实践，比如何时选择哪种机制，避免常见错误，比如在中断上半部中执行耗时操作。这样用户不仅能理解概念，还能应用到实际开发中。</think>### 分步解析：Linux中断处理中的「上半部」与「下半部」 --- #### **1. 核心概念** **中断处理的分割原理**： Linux内核将中断处理分为两个阶段，目的是**减少中断关闭时间**，提高系统响应能力。 - **上半部（Top Half）**：**紧急且必须立即执行**的操作，在**中断上下文**中执行 - **下半部（Bottom Half）**：**非紧急或耗时**的操作，在**进程上下文**或**软中断上下文**中执行 --- #### **2. 上半部（Top Half）核心特性** **代码位置**：注册在`request_irq()`的中断处理函数 **关键限制**： - 执行在**中断上下文**（不可睡眠） - 必须**快速完成**（理想时间 < 1μs，最长不超过中断控制器允许的最晚响应时间） - **不可被其他中断打断**（除非明确启用嵌套中断） **典型操作**： 1. 硬件状态读取（如读取传感器数据） 2. 关键状态标记（如设置`pending`标志） 3. 触发下半部（如调度tasklet或workqueue） **示例代码**： ```c // 上半部中断处理函数示例 irqreturn_t my_top_half(int irq, void *dev_id) { struct my_device *dev = dev_id; // 1. 读取硬件寄存器 u32 status = readl(dev->reg_base + STATUS_REG); // 2. 标记需要延迟处理的状态 dev->pending_data = 1; // 3. 触发下半部 tasklet_schedule(&dev->bottom_half_tasklet); return IRQ_HANDLED; } ``` --- #### **3. 下半部（Bottom Half）实现方式** Linux提供多种下半部机制，按**延迟要求**和**执行上下文**分类： | 机制 | 执行上下文 | 是否可睡眠 | 延迟要求 | 典型用途 | |---------------|------------------|------------|------------------|--------------------------| | **软中断** | 软中断上下文 | ❌ 不可 | 微秒级延迟 | 网络包处理（如NET_RX） | | **Tasklet** | 软中断上下文 | ❌ 不可 | 微秒级延迟 | 小型硬件事件处理 | | **工作队列** | 进程上下文 | ✔️ 可 | 毫秒级延迟 | 文件I/O、复杂计算 | | **线程化IRQ** | 内核线程上下文 | ✔️ 可 | 根据线程优先级 | 实时性要求较低的处理 | --- #### **4. 关键差异对比** $$ \begin{array}{|l|l|l|} \hline \textbf{特性} & \text{上半部} & \text{下半部} \\ \hline \text{执行上下文} & \text{中断上下文} & \text{进程/软中断上下文} \\ \text{可调度性} & \text{不可调度} & \text{可调度（工作队列）} \\ \text{中断状态} & \text{IRQ关闭} & \text{IRQ开启} \\ \text{时间敏感度} & \text{严格实时} & \text{允许延迟} \\ \text{内存分配} & \text{不可用GFP_KERNEL} & \text{可用GFP_KERNEL（工作队列）} \\ \hline \end{array} $$ --- #### **5. 下半部实现示例** **Tasklet实现**： ```c // 定义tasklet处理函数 void my_bottom_half_tasklet(unsigned long data) { struct my_device *dev = (struct my_device *)data; // 处理实际任务（不可睡眠） process_data(dev->buffer); } // 初始化（通常在probe函数中） tasklet_init(&dev->bottom_half_tasklet, my_bottom_half_tasklet, (unsigned long)dev); // 清理（通常在remove函数中） tasklet_kill(&dev->bottom_half_tasklet); ``` **工作队列实现**： ```c // 定义工作处理函数 void my_work_handler(struct work_struct *work) { struct my_device *dev = container_of(work, struct my_device, my_work); // 可执行阻塞操作（如I/O） perform_io_operation(dev); } // 初始化工作队列 INIT_WORK(&dev->my_work, my_work_handler); // 调度工作（在上半部中调用） schedule_work(&dev->my_work); ``` --- #### **6. 设计原则与最佳实践** 1. **黄金法则**： - 上半部**只做必须立即完成的工作**，其他操作全部推迟到下半部 2. **选择机制**： - 需要**原子性** → 使用`tasklet`或软中断 - 需要**睡眠能力** → 使用工作队列或线程化IRQ 3. **性能陷阱**： - 避免在下半部中嵌套触发同类中断 - 软中断需注意多CPU并发问题（需自行处理锁机制） --- #### **7. 实际应用场景** - **网络设备**：上半部快速接收数据包，下半部（软中断）处理协议栈 - **块设备**：上半部标记DMA完成状态，下半部（工作队列）提交I/O完成通知 - **触摸屏**：上半部读取坐标寄存器，下半部（tasklet）上报输入事件 --- ### **总结** 通过分割中断处理流程，Linux在保证实时响应的同时，有效降低了系统延迟。开发者需根据具体场景选择合适的下半部机制，平衡**实时性需求**与**系统稳定性**。
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