rk3568中断irq

前言

本文记录的是在rk3568开发板通过按键中断的实验了解和学习linux中断irq

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一、Linux中断简介

在单片机中，中断的过程：
①、使能中断，初始化相应的寄存器
②、编写中断服务函数，中断发生以后相应的中断服务函数就会执行。在 Linux 内核中也提供了大量的中断相关的 API 函数，我们来看一下这些跟中断有关的API 函数：
在Linux驱动中：

1.1 request_irq 函数

（1）中断号：每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中断线，在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号。
（2）request_irq 函数：在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的，request_irq 函数用于申请中断，request_irq函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用 request_irq 函数。request_irq 函数会激活(使能)中断，所以不需要我们手动去使能中断，request_irq 函数原型如下：

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev)

函数参数和返回值含义如下：
irq：要申请中断的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
flags：中断标志，可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志，这里我们
介绍几个常用的中断标志，如表 所示：

IRQF_SHARED	多个设备共享一个中断线，共享的所有中断都必须指定此标志。如果使用共享中断的话，request_irq 函数的 dev 参数就是唯一区分他们的标志。
IRQF_ONESHOT	单次中断，中断执行一次就结束。
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。

这些标志可以通过“|”来实现多种组合。
Linux 按键输入实验》中使用 GPIO3_C5 这个 IO，通过将此 IO 接到 3.3V模拟按键按下，也就是按下以后为高电平，因此可以设置为上升沿触发，也就是将 flags 设置为IRQF_TRIGGER_RISING。
name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
dev：如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话，dev 用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体，dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。
返回值：0 中断申请成功，其他负值 中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经被申请了。

1.2 free_irq 函数

使用中断的时候需要通过 request_irq 函数申请，使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。free_irq函数原型如下所示：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

函数参数和返回值含义如下：
irq：要释放的中断。
dev_id：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
返回值：无。

1.3 中断处理函数

使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数格式如下所示：

irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)

第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。
第二个参数是一个指向 void 的指针，也就是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev_id 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，dev_id 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型，irqreturn_t 类型定义如下所示：

irqreturn_t 结构
 enum irqreturn {
   
   
 IRQ_NONE = (0 << 0),
 IRQ_HANDLED = (1 << 0),
 IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
 };

 typedef enum irqreturn irqreturn_t;

可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型，一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式：

return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED) 

1.4 中断使能与禁止函数

常用的中断使用和禁止函数如下所示：

void enable_irq(unsigned int irq)
void disable_irq(unsigned int irq)

enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断，irq 就是要禁止的中断号。disable_irq函数要等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回，因此使用者需要保证不会产生新的中断，并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外一个中断禁止函数：

void disable_irq_nosync(unsigned int irq)

disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕。上面三
个函数都是使能或者禁止某一个中断，有时候我们需要关闭当前处理器的整个中断系统，也就
是在学习 STM32 单片机的时候常说的关闭全局中断，这个时候可以使用如下两个函数：

local_irq_enable()//不建议使用
local_irq_disable()//不建议使用

建议使用以下API来全局打开或者关闭中断

local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)

1.5 获取中断号

编写驱动的时候需要用到中断号，我们用到的中断号，中断信息已经写到了设备树里面，
因此可以通过 irq_of_parse_and_map 函数从 interupts 属性中提取到对应的设备号，函数原型如下：

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)

函数参数和返回值含义如下：
dev：设备节点。
index：索引号，interrupts 属性可能包含多条中断信息，通过 index 指定要获取的信息。
返回值：中断号。
如果使用 GPIO 的话，可以使用 gpio_to_irq 函数来获取 gpio 对应的中断号，函数原型如下：

int gpio_to_irq(unsigned int gpio)

函数参数和返回值含义如下：
gpio：要获取的 GPIO 编号。
返回值：GPIO 对应的中断号。

二、上半部与下半部

我们在使用request_irq 申请中断的时候注册的中断服务函数属于中断处理的上半部，只要中断触发，那么中断处理函数就会执行。
上半部：上半部就是中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可以放在上半部完成。
下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部去执行，这样中断处理函数就会快进快出。
这里有一些可以借鉴的参考点：
①、如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。
②、如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。
③、如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部
④、除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。
上半部处理很简单，直接编写中断处理函数就行了，关键是下半部该怎么做呢？Linux 内
核提供了多种下半部机制，接下来我们来学习一下这些下半部机制。

2.1 下半部机制——软中断（不建议）

softirq_action结构体定义在文件 include/linux/interrupt.h 中，内容如下：

代码如下（示例）：

 struct softirq_action
 {
   
   
     void (*action)(struct softirq_action *);
 };

在 kernel/softirq.c 文件中一共定义了 10 个软中断，如下所示：
示例代码 15.1.2.2 softirq_vec 数组

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS];

NR_SOFTIRQS 是枚举类型，定义在文件 include/linux/interrupt.h 中，定义如下：

示例代码 15.1.2.3 softirq_vec 数组
enum
{
   
   
 HI_SOFTIRQ=0, /* 高优先级软中断 */
 TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器软中断 */
 NET_TX_SOFTIRQ, /* 网络数据发送软中断 */
 NET_RX_SOFTIRQ, /* 网络数据接收软中断 */
 BLOCK_SOFTIRQ, 
 IRQ_POLL_SOFTIRQ, 
 TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet 软中断 */
 SCHED_SOFTIRQ, /* 调度软中断 */
 HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高精度定时器软中断 */
 RCU_SOFTIRQ, /* RCU 软中断 */
 NR_SOFTIRQS
};

要使用软中断，必须先使用 open_softirq 函数注册对应的软中断处理函数，open_softirq 函数原型如下：

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

函数参数和返回值含义如下：
nr：要开启的软中断，在示例代码 15.1.2.3 中选择要开启的软中断。
action：软中断对应的处理函数。
返回值：没有返回值
注册好软中断以后需要通过 raise_softirq 函数触发，raise_softirq 函数原型如下：

void raise_softirq(unsigned int nr)

函数参数和返回值含义如下：
nr：要触发的软中断，在示例代码 15.1.2.3 中选择要注册的软中断。
返回值：没有返回值。
软中断必须在编译的时候静态注册！Linux 内核使用 softirq_init 函数初始化软中断，
softirq_init 函数定义在 kernel/softirq.c 文件里面，函数内容如下：

示例代码 15.1.2.4 softirq_init 函数内容
625 void __init softirq_init(void)
626 {
   
   
627 int cpu;
628
629 for_each_possible_cpu(cpu) {
   
   
630 per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =
631 &per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;
632 per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =
633 &per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;
634 }
635
636 open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);
637 open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
638 }

从示例代码 15.1.2.4 可以看出，softirq_init 函数默认会打开 TASKLET_SOFTIRQ 和HI_SOFTIRQ

2.2 下半部机制——tasklet（建议）

在软中断和 tasklet 之间，建议大家使用 tasklet。tasklet_struct 结构体如下所示：

示例代码 15.1.2.5 tasklet_struct 结构体
542 struct tasklet_struct
543 {
   
   
544 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
545 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
546 atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
547 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
548 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
549 };

第 547 行的 func 函数就是 tasklet 要执行的处理函数，用户实现具体的函数内容，相当于中断处理函数。
如果要使用 tasklet，必须先定义一个 tasklet_struct 变量，然后使用 tasklet_init 函数对其进行初始化，taskled_init 函数原型如下：

void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,
void (*func)(unsigned long), 
unsigned long data);

函数参数和返回值含义如下：
t：要初始化的 tasklet
func：tasklet 的处理函数。
data：要传递给 func 函数的参数
返回值：没有返回值。
也 可 以 使 用 宏 DECLARE_TASKLET 来 一 次 性 完 成 tasklet 的 定 义 和 初 始 化 ，
DECLARE_TASKLET 定义在 include/linux/interrupt.h 文件中，定义如下

DECLARE_TASKLET(name, func, data)

其中 name 为要定义的 tasklet 名字，其实就是 tasklet_struct 类型的变量名，func 就是 tasklet
的处理函数，data 是传递给 func 函数的参数。在上半部，也就是中断处理函数中调用 tasklet_schedule 函数就能使 tasklet 在合适