嵌入式（驱动开发）（中断处理）
一、什么是中断
一种硬件上的通知机制，用来通知CPU发生了某种需要立即处理的事件
分为：
- 内部中断 CPU执行程序的过程中，发生的一些硬件出错、运算出错事件（如分母为0、溢出等等），不可屏蔽
- 外部中断 外设发生某种情况，通过一个引脚的高、低电平变化来通知CPU （如外设产生了数据、某种处理完毕等等）
二、中断处理原理
任何一种中断产生，CPU都会暂停当前执行的程序，跳转到内存固定位置执行一段程序，该程序被称为总的中断服务程序，在该程序中区分中断源，然后进一步调用该中断源对应的处理函数。
中断源对应的处理函数被称为分中断处理程序，一般每一个分中断处理程序对应一个外设产生的中断
写驱动时，如果外设有中断，则需要编写一个函数（分中断处理程序）来处理这种中断
三、中断接口
3.1 中断申请
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,const char *name, void *dev)
/*
参数：
irq：所申请的中断号
handler：该中断号对应的中断处理函数
flags：中断触发方式或处理方式
触发方式：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
处理方式：
IRQF_DISABLED //用于快速中断，处理中屏蔽所有中断
IRQF_SHARED //共享中断
name：中断名 /proc/interrupts
dev：传递给中断例程的参数，共享中断时用于区分那个设备，一般为对应设备的结构体地址，无共享中断时写NULL
返回值：成功：0 失败：错误码
*/
3.2 中断释放
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)；
/*
功能：释放中断号
参数：
irq：设备号
dev_id：共享中断时用于区分那个设备一般强转成设备号，无共享中断时写NULL
*/
3.3 中断处理函数原型
typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
/*
参数：
int：中断号
void*:对应的申请中断时的dev_id
返回值：
typedef enum irqreturn irqreturn_t; //中断返回值类型
enum irqreturn {
IRQ_NONE = (0 << 0),
IRQ_HANDLED = (1 << 0),
IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
};
返回IRQ_HANDLED表示处理完了,返回IRQ_NONE在共享中断表示不处理
*/
四、按键驱动
按键原理图：
exynos4412-fs4412.dts中增加节点
mykey2_node {
compatible = "mykey2,key2";
key2-gpio = <&gpx1 1 0>;
interrupt-parent = <&gpx1>;
interrupts = <1 3>;
};
按键驱动函数
#include fs4412_key.h
#ifndef FS4412_KEY_H
#define FS4412_KEY_H
enum KEYCODE
{
KEY2 = 1002,
KEY3,
KEY4,
};
enum KEY_STATUS
{
KEY_DOWN = 0,
KEY_UP,
};
struct keyvalue
{
int code;
int status;
};
#endif
app
#include 一、上半部与下半部
起源：
- 中断处理程序执行时间过长引起的问题
- 有些设备的中断处理程序必须要处理一些耗时操作
二、下半部机制之tasklet ---- 基于软中断（异常上下文）
6.1 结构体
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next;
unsigned long state;
atomic_t count;
void (*func)(unsigned long); //重点关注
unsigned long data; //重点关注
};
6.2 定义tasklet的中断底半部处理函数
void tasklet_func(unsigned long data);
6.3 初始化tasklet
DECLARE_TASKLET(name, func, data);
/*
定义变量并初始化
参数：name:中断底半部tasklet的名称
Func:中断底半部处理函数的名字
data:给中断底半部处理函数传递的参数
*/
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long),unsigned long data)
6.4 调度tasklet（上半部运行完后调用下面这个函数，运行上面那个*func函数指针指向的函数 ）
void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
//参数:t:tasklet的结构体
三、按键驱动之tasklet版
struct fs4412key2_dev //led设备结构体
{
struct cdev mydev; //设备结构体
int gpio; //设备gpio成员变量
int irqno; //中断
struct keyvalue data; //按键存储的数据
int newflag; //新数据到来的标志位
spinlock_t lock; //自旋锁
wait_queue_head_t rq; //读忙等待队列
struct tasklet_struct tsk;
};
在init函添加
int __init fs4412key2_init(void)
{
int ret = 0;
dev_t devno = MKDEV(major,minor); //将主次设备号合成一个32位的设备号
int ret = 0;
struct device_node *pnode = NULL; //定义一个变量用于存储设备树中的一个节点
pnode = of_find_node_by_path ("/mykey2_node"); //从设备树获得key2节点
if(NULL == pnode)
{
printk("fialed of_find_node_by_path\n");
return -1;
}
pgmydev = (struct fs4412key2_dev *)kmalloc(sizeof(struct fs4412key2_dev),GFP_KERNEL);//给设备结构体申请一块内存，kmalloc是申请小内存效率高。GFP_KERNEL是可以进行忙等待，因为这个是任务上下文
if(NULL == pgmydev) //申请失败
{
printk("kmalloc failed\n");
return -1;
}
pgmydev->gpio = of_get_named_gpio(pnode,"key2-gpio",0); //从设备树中提取gpio口
pgmydev->irqno = irq_of_parse_and_map(pnode,0); //获得设备树中的中断号并进行映射
/*申请设备号*/
ret = register_chrdev_region(devno,fs4412key2_num,"fs4412key2");
if(ret)
{
ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,fs4412key2_num,"fs4412key2"); //手动申请失败时自动申请
if(ret)
{
printk("get devno failed\n");
kfree(pgmydev); //申请失败时释放掉设备结构体
return -1;
}
major = MAJOR(devno);
}
/*给struct cdev对象指定操作函数集*/
cdev_init(&pgmydev->mydev,&myops);
/*将struct cdev对象添加到内核对应的数据结构里*/
pgmydev->mydev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&pgmydev->mydev,devno,fs4412key2_num);
init_waitqueue_head(&pgmydev->rq); //对等待队列头做初始化
spin_lock_init(&pgmydev->lock); //对自旋锁做初始化，因为是异常上下文所以用自旋锁，他可以忙等待
tasklet_init(&pgmydev->tsk,bottom_irq_func,(unsigned long)pgmydev);//
ret = request_irq(pgmydev->irqno,key2_irq_handle,IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING,"fs4412key2",pgmydev);//中断申请函数,初始化要放在锁初始化后面，要不然进入中断服务程序锁没初始化会出问题，
if(ret)
{
printk("request_irq failed\n");
kfree(pgmydev);
pgmaydev = NULL;
return -1;
}
return 0;
}
上下中断函数
irqreturn_t key2_irq_handle(int no,void *arg) //上
{
struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg;
tasklet_schedule(&pmydev->tsk);//进入下半部
}
void bottom_irq_func(unsigned long *arg) //下半部：一般处理一些耗时操作
{
struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg;
int status1 = 0;
int status2 = 0;
int status = 0;
status1 = gpio_get_value(pmydev->gpio); //消抖
mdelay(1);
status2 = gpio_get_value(pmydev->gpio);
if(status1 != status2)
{
return;
}
status = status1;
spin_lock(&pmydev->lock); //上锁
if(status == pmydev->data.status)
{
spin_unlock(&pmydev->lock);
return;
}
pmydev->data.code = KEY2;
pmydev->data.status = status;
pmydev->newflag = 1;
spin_unlock(&pmydev->lock);
wake_up(&pmydev->rq);
return;
}
四、下半部机制之workqueue ----- 基于内核线程（任务上下文）
8.1 工作队列结构体：
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work)
struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
8.2 定义工作队列底半部处理函数
void work_queue_func(struct work_struct *work);
8.3 初始化工作队列
struct work_struct work_queue;
初始化：绑定工作队列及工作队列的底半部处理函数
INIT_WORK(struct work_struct * pwork, _func) ;
参数：pwork：工作队列
func：工作队列的底半部处理函数
8.4 工作队列的调度函数
bool schedule_work(struct work_struct *work)；
五、按键驱动之workqueue版
struct fs4412key2_dev //led设备结构体
{
struct cdev mydev; //设备结构体
int gpio; //设备gpio成员变量
int irqno; //中断
struct keyvalue data; //按键存储的数据
int newflag; //新数据到来的标志位
spinlock_t lock; //自旋锁
wait_queue_head_t rq; //读忙等待队列
// struct tasklet_struct tsk;
struct work_struct wk;
};
int __init fs4412key2_init(void)
{
int ret = 0;
dev_t devno = MKDEV(major,minor); //将主次设备号合成一个32位的设备号
int ret = 0;
struct device_node *pnode = NULL; //定义一个变量用于存储设备树中的一个节点
pnode = of_find_node_by_path ("/mykey2_node"); //从设备树获得key2节点
if(NULL == pnode)
{
printk("fialed of_find_node_by_path\n");
return -1;
}
pgmydev = (struct fs4412key2_dev *)kmalloc(sizeof(struct fs4412key2_dev),GFP_KERNEL);//给设备结构体申请一块内存，kmalloc是申请小内存效率高。GFP_KERNEL是可以进行忙等待，因为这个是任务上下文
if(NULL == pgmydev) //申请失败
{
printk("kmalloc failed\n");
return -1;
}
pgmydev->gpio = of_get_named_gpio(pnode,"key2-gpio",0); //从设备树中提取gpio口
pgmydev->irqno = irq_of_parse_and_map(pnode,0); //获得设备树中的中断号并进行映射
/*申请设备号*/
ret = register_chrdev_region(devno,fs4412key2_num,"fs4412key2");
if(ret)
{
ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,fs4412key2_num,"fs4412key2"); //手动申请失败时自动申请
if(ret)
{
printk("get devno failed\n");
kfree(pgmydev); //申请失败时释放掉设备结构体
return -1;
}
major = MAJOR(devno);
}
/*给struct cdev对象指定操作函数集*/
cdev_init(&pgmydev->mydev,&myops);
/*将struct cdev对象添加到内核对应的数据结构里*/
pgmydev->mydev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&pgmydev->mydev,devno,fs4412key2_num);
init_waitqueue_head(&pgmydev->rq); //对等待队列头做初始化
spin_lock_init(&pgmydev->lock); //对自旋锁做初始化，因为是异常上下文所以用自旋锁，他可以忙等待
// tasklet_init(&pgmydev->tsk,bottom_irq_func,(unsigned long)pgmydev);//tasklet的
INIT_WORK(&pgmydev->wk,);
ret = request_irq(pgmydev->irqno,key2_irq_handle,IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING,"fs4412key2",pgmydev);//中断申请函数,初始化要放在锁初始化后面，要不然进入中断服务程序锁没初始化会出问题，
if(ret)
{
printk("request_irq failed\n");
kfree(pgmydev);
pgmaydev = NULL;
return -1;
}
return 0;
}
irqreturn_t key2_irq_handle(int no,void *arg) //上
{
struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg;
// tasklet_schedule(&pmydev->tsk);//进入下半部
schedule_work(&pmydev->wk);
return IRQ_HANDLED;
}
//void bottom_irq_func(unsigned long *arg) //tasklet的
void bottom_irq_func(struct work_struct *pwk) //下半部：一般处理一些耗时操作 ，参数改
{
//struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg; //tasklet的
struct fs4412key2_dev *pmydev = container_of(pwk,struct fs4412key2_dev,wk); //改
int status1 = 0;
int status2 = 0;
int status = 0;
status1 = gpio_get_value(pmydev->gpio); //消抖
mdelay(1);
status2 = gpio_get_value(pmydev->gpio);
if(status1 != status2)
{
return;
}
status = status1;
spin_lock(&pmydev->lock); //上锁
if(status == pmydev->data.status)
{
spin_unlock(&pmydev->lock);
return;
}
pmydev->data.code = KEY2;
pmydev->data.status = status;
pmydev->newflag = 1;
spin_unlock(&pmydev->lock);
wake_up(&pmydev->rq);
return;
}
六、下半部机制比较
任务机制
workqueue ----- 内核线程 能睡眠 运行时间无限制
异常机制 ------- 不能睡眠 下半部执行时间不宜太长（ < 1s)
软中断 ---- 接口不方便
tasklet ----- 无具体延后时间要求时
定时器 -----有具体延后时间要求时