Linux字符时设备驱动 中断处理 按键
1. Linux异常处理体系结构
Linux异常处理体系结构使用主要分成两步：
1、使用函数init_IRQ()初始化中断体系结构，源代码在arch/arm/kernel/irq.c中。
2、用户使用函数request_irq()向内核注册中断处理函数，也就是通过中断号找到irq_desc数组项，将中断函数添加到action链表中。
作者分析的内核版本为2.6.22.6。
1.1 Linux中断处理体系结构初始化
Linux内核将所有中断统一编号，使用一个irq_desc结构数组描述，每个数组项对应一个中断，irq结构数据类型在include/linux/irq.h中定义，如下：
struct irq_desc {
irq_flow_handler_t handle_irq; /* 当前中断处理函数入口 */
struct irq_chip *chip; /* 底层硬件访问 */
struct msi_desc *msi_desc;
void *handler_data;
void *chip_data;
struct irqaction *action; /* 用户提供的中断处理函数链表 */
unsigned int status; /* IRQ 状态 */
unsigned int depth; /* nested irq disables */
unsigned int wake_depth; /* nested wake enables */
unsigned int irq_count; /* For detecting broken IRQs */
unsigned int irqs_unhandled;
spinlock_t lock;
#ifdef CONFIG_SMP
cpumask_t affinity;
unsigned int cpu;
#endif
#if defined(CONFIG_GENERIC_PENDING_IRQ) || defined(CONFIG_IRQBALANCE)
cpumask_t pending_mask;
#endif
#ifdef CONFIG_PROC_FS
struct proc_dir_entry *dir;
#endif
const char *name; /* 中断名称 */
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;
在handle.c文件中（在/kernel/irq中定义），定义了irq_desc结构数组，如下：
struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS]
#define NR_IRQS 128
irq_desc结构数组中成员hanle_irq结构，它包括操作底层硬件的函数，如清除、屏蔽或者重新使能中断，其类型在include/linux/irq.h中定义，如下：
struct irq_chip {
const char *name;
unsigned int (*startup)(unsigned int irq); /* 启动中断，如果不设置，缺省为enable */
void (*shutdown)(unsigned int irq); /* 关闭中断，如果不设置，缺省为disable */
void (*enable)(unsigned int irq); /* 使能中断，如果不设置，缺省为unmask */
void (*disable)(unsigned int irq); /* 禁止中断，如果不设置，缺省为disable */
void (*ack)(unsigned int irq); /* 响应中断，通常是清楚当前中断使得可以接受下一个中断 */
void (*mask)(unsigned int irq); /* 屏蔽中断源 */
void (*mask_ack)(unsigned int irq); /* 屏蔽和响应中断 */
void (*unmask)(unsigned int irq); /* 开启中断源 */
void (*eoi)(unsigned int irq);
void (*end)(unsigned int irq);
void (*set_affinity)(unsigned int irq, cpumask_t dest);
int (*retrigger)(unsigned int irq);
int (*set_type)(unsigned int irq, unsigned int flow_type);
int (*set_wake)(unsigned int irq, unsigned int on);
#ifdef CONFIG_IRQ_RELEASE_METHOD
void (*release)(unsigned int irq, void *dev_id);
#endif
const char *typename;
};
irq_desc结构数组中成员irqaction结构类型，他用来表示用户注册的中断处理函数，若有多个处理函数，他们链接成一个链表，以action为表头。irqaction结构类型在include/linux/interrupt.h，如下：
struct irqaction {
irq_handler_t handler; /* 用户注册的中断处理函数 */
unsigned long flags; /* 中断标志，如是否共享中断，电平触发还是边沿触发等 */
cpumask_t mask; /* 用于SMP(对称多处理器系统) */
const char *name; /* 用户注册中断名字，cat /proc/interrupts 能看到 */
void *dev_id; /* 用户传给上面handler的参数，可以区分共享中断 */
struct irqaction *next; /**/
int irq; /* 中断号 */
struct proc_dir_entry *dir; /**/
};
irq_desc结构数组、struct irq_chip *chip、struct irqaction *action这三个数据结构构成中断体系的架构，其关系如下：
Linux内核启动后，进入start_kernel函数（源代码在init/main.c），该函数会调用函数init_IRQ()初始化中断处理体系结构（源代码在arch/arm/kernel/irq.c），也就是构造上面的中断体系的架构，init_IRQ()函数源代码如下：
void __init init_IRQ(void)
{
int irq;
for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++)
irq_desc[irq].status |= IRQ_NOREQUEST | IRQ_NOPROBE;
#ifdef CONFIG_SMP
bad_irq_desc.affinity = CPU_MASK_ALL;
bad_irq_desc.cpu = smp_processor_id();
#endif
init_arch_irq();
}
首先会初始化irq_desc结构数组的中断状态，然后调用函数init_arch_irq()，该函数由不同厂家的芯片决定，不同的芯片会执行不同的函数，作者使用的是开发板JZ2440V3，对应S3C2440芯片，会执行函数s3c24xx_init_irq()（在arch/arm/plat-s3c2440xx/irq.c）
函数s3c24xx_init_irq()会设置跟S3C2440芯片相关的数据结构，如设置irq_desc结构数组中处理函数入口，定义irq_chip 结构体等，并把他们挂接到irq_desc结构数组。
1.2 用户注册中断处理函数
初始化完中断体系架构后，就需要用户注册中断处理函数。用户通过request_irq函数向内核注册中断处理函数，该函数根据中断号找到irq_desc数组项，然后将中断处理函数挂接到在action链表中。
request_irq()函数在kernel/irqmanage.c中定义，函数原型如下：
/* 函数：request_irq()
* 描述：向内核注册中断处理函数
* 参数： irq：中断号
* handler：中断处理函数句柄
* irqflags：中断触发方式
* devname：中断名称
* dev_id：用户可以自己指定，也可以为空
* 返回：
*/
int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long irqflags,
const char *devname,
void *dev_id)
当删除一个中断时，也可以使用卸载中断处理函数，在kernel/irq/manage.c中定义，函数原型如下：
/* 函数：request_irq()
* 描述：向内核注册中断处理函数
* 参数： irq：中断号
* dev_id：用户可以自己指定，也可以为空
* 返回： 无
*/
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
2. 中断处理函数的过程
ARM架构的异常向量基址可以为0x00000000，也可以为0xFFFF0000，Linux内核采用0xFFFF0000。当发生中断时，CPU会调到相应的异常向量，执行异常向量中的代码后，最终会调用总入口函数，例如图下的asm_do_IRQ、do_DataAbort函数等，异常处理体系结构如下：
假设进入c语言总入口函数，如函数asm_do_IRQ()(在arch/arm/kernel/irq.c中定义)，源代码如下：
asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)
{
struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);
struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;
/*
* Some hardware gives randomly wrong interrupts. Rather
* than crashing, do something sensible.
*/
if (irq >= NR_IRQS)
desc = &bad_irq_desc;
irq_enter();
desc_handle_irq(irq, desc);
/* AT91 specific workaround */
irq_finish(irq);
irq_exit();
set_irq_regs(old_regs);
}
最终会执行函数desc_handle_irq()，该函数直接调用desc结构体中处理函数入口，对于电平触发中断，入口函数为handle_level_irq()(在kernel/irq/chip.c中定义)；对于边沿触发中断，入口为handle_edge_irq()(在kernel/irq/chip.c中定义)。
不管函数handle_level_irq()还是函数handle_edge_irq()，最后都会调用函数hanle_IRQ_event()，依次执行action链表中用户注册的处理函数。
3. Linux中断方式按键驱动开发
3.1 开发环境
开发板：JZ2440V3
Linux内核版本：2.6.22.6
编译器：arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6
3.2 开发底层驱动程序
#include 3.3 开发应用程序
#include 3.4 编写Makeile文件
KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m += keys.o
3.5 编译和测试
3.5.1 编译驱动模块：
make
编译完成，会生成chrleds.ko的驱动模块文件。
3.5.2 编译APP测试程序：
arm-linux-gcc keysApp.c -o keysApp
编译完成后，会生成keysApp应用程序。
3.5.3 挂接nfs文件系统：
mount -t nfs -o tcp,nolock 192.168.1.1:/home/book/linux/nfs/fs_mini_mdev /mnt
启动开发板后，执行该语句，将自己的nfs系统挂接，方便测试。
3.5.4 加载模块：
将keys.ko和keysApp两个文件拷贝到挂接系统的/lib/modules/2.6.22.6 目录下，输入以下命令：
insmod keys.ko
驱动加载成功后，会创建"/dev/keys"设备节点。
3.5.5 输入如下命名测试按键：
./keysApp
通过按开发板上面的按键，会打印相应的内容，如下：
key_val = 0x3
key_val = 0x3
key_val = 0x83
key_val = 0x3
key_val = 0x3
key_val = 0x83
key_val = 0x83
如果要卸载模块，输入如下命令：
rmmod chrleds.ko