Linux驱动——浅谈中断相关零碎内容
我在阳间凑数的一天
在Linux 内核中提供了完善的中断框架，我们只需要申请中断，然后注册中断处理函数即可，使用非常方便，不需要一系列复杂的寄存器配置。
在ARM裸机中对中断发生的处理方式大致为
1、使能中断、初始化对应的寄存器
2、注册中断和中断服务函数
3、中断发生时，进入IRQ中断服务函数
休眠与唤醒：
休眠：
wait_event_interruptible(wq, condition)；等待condition为真
唤醒：
wake_up_interruptible(x)；
POLL：
先在file_operations结构体中，提供对应的.poll 函数；
a、线程挂入队列 poll_wait
b、返回event状态 在应用程序中使用
poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
在应用程序中
struct pollfd {
int fd; //文件描述符
short events; //等待的事件
short revents; // 实际发生了的事件
}
poll内核机制的详解参考：POLL内核机制详解
异步通知
先在file_operations结构体中，提供对应的.fasync 函数；
在.fasync中，调用用fasync_helper，它会根据 FAYSNC 的值决定是否设置 button_async->fa_file=驱动文件 filp： 驱动文件 filp 结构体里面含有之前设置的 PID。
发送信号：
struct fasync_struct *button_fasync;
kill_fasync (&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
//一参：要操作的 fasync_struct。
// 二参sig：要发送的信号。
//三参band：可读时设置为 POLL_IN，可写时设置为 POLL_OUT
驱动通过内核提供的函数，根据进程号PID将信号SIGIO发送给用户,触发执行函数。
用户程序通过signal来注册处理函数。
应用程序：
signal(SIGIO, sig_func);//注册信号处理函数
//getpid()返回当前进程标识
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//使能驱动的fasync功能
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
Linux信号
#define SIGHUP 1 /* 终端挂起或控制进程终止 */
#define SIGINT 2 /* 终端中断(Ctrl+C 组合键) */
#define SIGQUIT 3 /* 终端退出(Ctrl+\组合键) */
#define SIGILL 4 /* 非法指令 */
#define SIGTRAP 5 /* debug 使用，有断点指令产生 */
#define SIGABRT 6 /* 由 abort(3)发出的退出指令 */
#define SIGIOT 6 /* IOT 指令 */
#define SIGBUS 7 /* 总线错误 */
#define SIGFPE 8 /* 浮点运算错误 */
#define SIGKILL 9 /* 杀死、终止进程 */
#define SIGUSR1 10 /* 用户自定义信号 1 */
#define SIGSEGV 11 /* 段违例(无效的内存段) */
#define SIGUSR2 12 /* 用户自定义信号 2 */
#define SIGPIPE 13 /* 向非读管道写入数据 */
#define SIGALRM 14 /* 闹钟 */
#define SIGTERM 15 /* 软件终止 */
#define SIGSTKFLT 16 /* 栈异常 */
#define SIGCHLD 17 /* 子进程结束 */
#define SIGCONT 18 /* 进程继续 */
#define SIGSTOP 19 /* 停止进程的执行，只是暂停 */
#define SIGTSTP 20 /* 停止进程的运行(Ctrl+Z 组合键) */
#define SIGTTIN 21 /* 后台进程需要从终端读取数据 */
#define SIGTTOU 22 /* 后台进程需要向终端写数据 */
#define SIGURG 23 /* 有"紧急"数据 */
#define SIGXCPU 24 /* 超过 CPU 资源限制 */
#define SIGXFSZ 25 /* 文件大小超额 */
#define SIGVTALRM 26 /* 虚拟时钟信号 */
#define SIGPROF 27 /* 时钟信号描述 */
#define SIGWINCH 28 /* 窗口大小改变 */
#define SIGIO 29 /* 可以进行输入/输出操作 */
#define SIGPOLL SIGIO
#define SIGPWR 30 /* 断点重启 */
#define SIGSYS 31 /* 非法的系统调用 */
#define SIGUNUSED 31 /* 未使用信号 */
阻塞与非阻塞
在应用程序中：
int fd = open(“/dev/xxx”, O_RDWR | O_NONBLOCK); /* 非阻塞方式 */
int fd = open(“/dev/xxx”, O_RDWR ); /* 阻塞方式 */
或者使用fcntl
int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); /* 非阻塞方式 */
fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK); /* 阻塞方式 */
阻塞与非阻塞IO的详解资料参考：阻塞与非阻塞IO的详解
定时器
Linux 内核定时器使用很简单，只需要提供超时时间和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行。
中断上下文中执行，无法休眠。
//设置定时器
//初始化timer_list 结构体设置其中的函数、参数，触发fn函数
setup_timer(timer, fn, data)
//向内核添加定时器，timer表示超时间
add_timer(struct timer_list *timer)
//修改定时器的超时时间
mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
深入理解内核定时器
中断处理原则：1、不能嵌套 2、越快越好
中断分为：上半部和下半部
上半部处理：紧急任务，中断关，耗时短
下半部处理：非紧急任务，中断开，耗时长
当我们使用request_irq 申请中断的时候，为某个中断 irq 注册中断处理函数 handler，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。
我们都知道中断处理函数一定要快点执行完毕，越短越好，但是实际情况总有一些不同，有些中断处理过程就是比较费时间，我们必须要对其进行处理，缩小中断处理函数的执行时间。
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
//irq ： 中断号
// handler： 中断处理函数
//irqflags： 中断属性
//*dev_iddecname： 中断名称
//dev_id： 一般设置为这个设备的设备结构体或者NULL
这里又涉及一个概念：程序A被中断时，通过栈保存现场
在程序A运行时，发生中断，触发程序B运行，需要把程序 A 调用程序 B 之前瞬间的 CPU 寄存器的值，保存到栈里保存现场，等程序B执行完，返回执行程序A，通过栈恢复现场。
如果中断不停的嵌套，栈空间将越来越大，栈将消耗殆尽。
下半部的实现：tasklet机制
tasklet机制是通过软件中断来实现，中断上下文中执行，无法休眠。
struct tasklet_struct {
struct tasklet_struct *next;
unsigned long state;
atomic_t count;
void (*func)(unsigned long);
unsigned long data;
};
//使用函数初始化tasklet 结构体
static inline void tasklet_init(struct tasklet_struct *tasklet,
void (*func)(unsigned long),unsigned long data)
//调度tasklet，把 tasklet 放入链表，并且设置它的 TASKLET_STATE_SCHED 状态为 1。
static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);
下半部的实现：工作队列
内核线程、工作队列(workqueue)都由内核创建了，我们只是使用。使用的核心是一个 work_struct 结构体
struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
使用宏定义初始化work_struct
#define INIT_WORK(_work, _func)
调用 schedule_work 时，就会把 work_struct 结构体放入Linux系统提供的工作队列中，并唤醒对应的内核线程。内核线程就会从队列里把 work_struct 结构体取出来，执行里面的函数_func。
schedule_work(&gpio_key->work);
//函数原型
static inline bool schedule_work(struct work_struct *work)
{
return queue_work(system_wq, work);
}
销毁工作队列 ：destroy_workqueue
缺点：工作队列中有多个 work，前一个 work 没处理完会影响后面的 work
更深层次的分析，参考资料：
Linux-workqueue机制的实现
Linux-workqueue 讲解
中断线程化处理
复杂、耗时的事情，使用内核线程来处理
关键函数：
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)
//irq： 中断号
//handler： 上半部函数，可以为空，内核提供默认的上半部处理函数，直接返回IRQ_WAKE_THREAD
//thread_fn： 线程执行函数
//irqflags： 中断类型标志
//devname： 设备名称
//dev_id: 通常取描述该设备的结构体
free_irq 卸载中断
threaded_irq 详解
资源分配的单位是进程，调度的单位是线程。
在实际的应用开发中都是多进程多线程的开发，理解学习进程线程是非常有必要的，进程线程的应用学习，日后再写。
2020/7/14 19:00