Linux驅(qū)動實(shí)踐:一起來梳理【中斷】的前世今生
目錄
· Linux 中斷的知識點(diǎn)梳理
中斷的分類
中斷號和中斷向量
中斷服務(wù)程序ISR
上半部分和下半部分
· 中斷處理的注冊和注銷 API
· 實(shí)操:捕獲鍵盤中斷
示例代碼
驅(qū)動程序傳參
IO編址:IO端口和IO內(nèi)存
編譯、測試、驗(yàn)證
別人的經(jīng)驗(yàn),我們的階梯!
大家好,我是道哥,今天我為大伙兒解說的技術(shù)知識點(diǎn)是:【Linux 中斷的注冊和處理】。
在前兩篇文章中,描述的是在應(yīng)用層如何調(diào)用驅(qū)動函數(shù)來控制GPIO,以及在驅(qū)動中如何發(fā)送發(fā)送信號給應(yīng)用層。
假如存在這樣一個需求:應(yīng)用程序需要監(jiān)控某個硬件GPIO口的電平狀態(tài),當(dāng)發(fā)生變化時,應(yīng)用程序就做出相應(yīng)的動作。
利用之前已經(jīng)介紹的知識,是可以完成這個需求的。
比如:在驅(qū)動程序中不停的讀取GPIO口的狀態(tài),一旦發(fā)生變化,就把新的電平狀態(tài)通過信號發(fā)送到應(yīng)用層。
這樣的方式稱作:輪詢。
輪詢方式的缺點(diǎn)顯而易見:輪詢的時間間隔應(yīng)該是多少毫秒(or 微秒),才比較合適呢?
輪詢太慢:可能會丟失信號;輪詢太快:消耗 CPU 資源!
因此,在實(shí)際的產(chǎn)品中,用中斷觸發(fā)的方式才是更切合實(shí)際的選擇!
本文所有的描述和測試,都是在 x86 平臺上完成的;
Linux 中斷的知識點(diǎn)梳理
中斷的分類
Linux 的版本在持續(xù)更新,對中斷的處理方式也在不停的發(fā)生變化。
下面幾張圖,是以前在學(xué)習(xí)時畫的思維導(dǎo)圖。
這幾張圖比較清晰地描述了在Linux操作系統(tǒng)中,關(guān)于中斷的一些基本概念。
這張圖的結(jié)構(gòu)還是比較清晰的,基本上概括了Linux系統(tǒng)中的中斷分類。
另外,在很多關(guān)于中斷的書籍中,大部分都是從基礎(chǔ)的 PIC(可編程中斷控制器)開始講解的。
如果您想非常具體、專業(yè)、深入的了解關(guān)于中斷的相關(guān)內(nèi)容,有一篇文章《Interrupt in Linux.pdf》講得非常好(文章的后面部分我也沒有看懂)。
在文末有下載鏈接,感興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下。
中斷號和中斷向量
這張圖只要記住中斷號與中斷向量的關(guān)系就可以了:
1. 中斷號與中斷控制器(PIC/APIC)相關(guān);
2. 中斷向量與 CPU 相關(guān),用來查找中斷處理函數(shù)的入口地址;
中斷服務(wù)例程 ISR
中斷服務(wù)程序,就是針對每一個中斷如何進(jìn)行處理。
如果您了解Linux中斷的相關(guān)內(nèi)容,一定會看到這樣的描述:中斷處理分為上半部分和下半部分。
上半部分不能消耗太多的時間,主要處理與硬件相關(guān)的重要工作;其他不重要的工作,都放在下半部分去做。
從上面這張圖中可以看出,用來完成下半部分工作有好幾種機(jī)制可以選擇,每一種方式都是針對不同的需求場景。
在每一種下半部分機(jī)制中,Linux都設(shè)計了非常方便的接口函數(shù)。
作為開發(fā)者的我們來說,使用這些下半部分的機(jī)制很簡單,只需要幾個函數(shù)調(diào)用即可。
例如:如果使用工作隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)下半部分的工作,只需要2步動作:
1. 定義處理函數(shù)
2. 在中斷處理函數(shù)中,注冊注冊函數(shù)
INIT_WORK(&mywork, mywork_h(yuǎn)andler);
schedule_work(&mywork);
下面幾張圖,是針對每一種“下半部分”處理機(jī)制的一些特點(diǎn),注意:有些機(jī)制在新版本中已經(jīng)廢棄不用了,了解即可。
中斷處理的注冊和注銷 API
所謂的中斷注冊,就是告訴操作系統(tǒng):我對哪個中斷感興趣。
當(dāng)這些中斷發(fā)生的時候,請通知我。通知的方式就是:調(diào)用一個預(yù)先注冊好的回調(diào)函數(shù)。
驅(qū)動程序可以通過函數(shù) request_irq(),向操作系統(tǒng)注冊,并且激活指定的中斷線:
參數(shù)說明:
irq: 申請的硬件中斷號;
handler: 中斷處理函數(shù)。一旦中斷發(fā)生,這個函數(shù)就被調(diào)用;
flags: 中斷的屬性,例如:IRQF_DISABLED,IRQF_TIMER,IRQF_SHARED;
devname: 中斷驅(qū)動程序的名稱,在 /proc/interrupts 文件中看到對應(yīng)的內(nèi)容;
dev_id: 中斷程序的唯一標(biāo)識,比如:在共享中斷中,可以用來區(qū)分不同的中斷處理程序;
驅(qū)動程序通過函數(shù) free_irq(),向操作系統(tǒng)注銷一個中斷處理函數(shù):
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
參數(shù)說明:
irq: 硬件中斷號;
dev_id: 中斷程序的唯一標(biāo)識;
實(shí)操:捕獲鍵盤中斷 示例代碼
有了上面的知識鋪墊,下面就來實(shí)操一下,實(shí)現(xiàn)的功能是:
捕獲鍵盤的中斷,在中斷處理函數(shù)中,打印出按鍵的掃描碼,如果是 ESC 鍵被按下,就打印出指定的信息。
與往常一樣,操作的目錄位于:tmp/linux-4.15/drivers 目錄下。
$ mkdir my_driver_interrupt
$ touch driver_interrupt.c
文件內(nèi)容:
上面的代碼,有兩個小的知識點(diǎn)。
向驅(qū)動程序傳參
示例代碼中,在調(diào)用 request_irq 時,需要指定中斷號和驅(qū)動程序的名稱。
這兩個參數(shù)是在加載驅(qū)動模塊的時候,從命令行傳入的。
在驅(qū)動程序中,通過下面兩行代碼即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的接收:
module_param(irq, int, 0644);
module_param(devname, charp, 0644);
module_param 是一個宏定義,定義在 include/linux/moduleparam.h 文件中,具體定義如下:
#define module_param(name, type, perm)
module_param_named(name, name, type, perm);
name: 存儲參數(shù)的變量名;
type: 變量的類型;
perm: 訪問參數(shù)的權(quán)限,表示此參數(shù)在sysfs文件系統(tǒng)中所對應(yīng)的文件節(jié)點(diǎn)的屬性;
IO地址:IO端口和IO內(nèi)存
這是讀取 IO 外設(shè)的兩種不同方式。
IO 端口有兩種編址方式:統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。
統(tǒng)一編制
把主存單元所在的地址空間,劃出一部分出來,專門用來把IO外設(shè)寄存器的地址映射到這部分劃出來的地址空間中。
統(tǒng)一編址的好處是:讀取IO外設(shè)的時候,就好像讀取普通的內(nèi)存地址空間中的數(shù)據(jù)一樣。
獨(dú)立編址
IO 外設(shè)的地址空間,與主存單元的地址空間是兩個獨(dú)立的地址空間,此時,IO地址一般稱作: IO端口。
我們在讀寫IO外設(shè)的時候,從這些 “IO端口” 中讀寫就可以了。不同的外設(shè),被分配了不同的 IO 端口號。
CPU 提供了一些列函數(shù)來讀寫 IO 端口,例如:
// 讀寫一個字節(jié)
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
// 讀寫一個字
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
編譯、驗(yàn)證
編譯驅(qū)動模塊:
$ make
輸出文件:driver_interrupt.ko
因?yàn)槲覀儾东@的是鍵盤中斷(中斷號:1),先看一下在加載驅(qū)動模塊之前的中斷驅(qū)動程序 head /proc/interrupts:
可以把 demsg 的輸出也清理一下:dmesg -c
執(zhí)行下面指令來加載驅(qū)動模塊(傳遞2個參數(shù)):
insmod driver_interrupt.ko irq=1 devname=myirq
再次執(zhí)行一下指令 head /proc/interrupts 查看驅(qū)動程序:
在中斷號 1 的右側(cè),是不是看到了我們的驅(qū)動程序:my_irq?
再來看一下 dmesg 的輸出信息:
成功注冊了中斷號1的處理函數(shù)!
此時,按幾次鍵盤左上角的 ESC 鍵,然后再查看 dmesg 的輸出信息:
以上,就是最簡單的中斷注冊和相應(yīng)的中斷處理函數(shù)!
在實(shí)際的項(xiàng)目中,如果要把中斷信息通知到應(yīng)用層,可以通過上一篇文章介紹的發(fā)送信號來實(shí)現(xiàn),或者通過其他的回調(diào)機(jī)制也可以。
下一篇文章,我們在這個示例代碼上進(jìn)行擴(kuò)展,看一下:中斷處理中每一個“下半部分”機(jī)制應(yīng)該如何編程。
請輸入評論內(nèi)容...
請輸入評論/評論長度6~500個字
最新活動更多
-
10月31日立即下載>> 【限時免費(fèi)下載】TE暖通空調(diào)系統(tǒng)高效可靠的組件解決方案
-
即日-11.13立即報名>>> 【在線會議】多物理場仿真助跑新能源汽車
-
11月28日立即報名>>> 2024工程師系列—工業(yè)電子技術(shù)在線會議
-
12月19日立即報名>> 【線下會議】OFweek 2024(第九屆)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大會
-
即日-12.26火熱報名中>> OFweek2024中國智造CIO在線峰會
-
即日-2025.8.1立即下載>> 《2024智能制造產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展藍(lán)皮書》
推薦專題
- 高級軟件工程師 廣東省/深圳市
- 自動化高級工程師 廣東省/深圳市
- 光器件研發(fā)工程師 福建省/福州市
- 銷售總監(jiān)(光器件) 北京市/海淀區(qū)
- 激光器高級銷售經(jīng)理 上海市/虹口區(qū)
- 光器件物理工程師 北京市/海淀區(qū)
- 激光研發(fā)工程師 北京市/昌平區(qū)
- 技術(shù)專家 廣東省/江門市
- 封裝工程師 北京市/海淀區(qū)
- 結(jié)構(gòu)工程師 廣東省/深圳市