Linux中断

一、Linux 中断 API 函数

1、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。

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，中断标志如下，这些标志可以通过“|”来实现多种组合。

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。

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

void free_irq(unsigned int irq, void *dev)

函数参数和返回值含义如下：
irq：要释放的中断。
dev：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。

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 *)

4、中断使能与禁止函数

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

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。

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。
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 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()
local_irq_disable()

local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)

这两个函数是一对，local_irq_save 函数用于禁止中断，并且将中断状态保存在 flags 中。
local_irq_restore 用于恢复中断，将中断到 flags 状态。

二、上半部与下半部

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。

上半部，下半部使用方法：
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。

三、下半部的实现方式

1、tasklet
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(name, func, data)

其中 name 为要定义的 tasklet 名字，这个名字就是一个 tasklet_struct 类型的时候变量，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 在合适的时间运行，tasklet_schedule 函数原型如下：

void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)

函数参数和返回值含义如下：
t：要调度的 tasklet，也就是 DECLARE_TASKLET 宏里面的 name。
返回值：没有返回值。

关于 tasklet 的参考使用示例如下所示：

/* 定义 taselet */
struct tasklet_struct testtasklet;
/* tasklet 处理函数 */
void testtasklet_func(unsigned long data)
{
 /* tasklet 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
 ......
 /* 调度 tasklet */
 tasklet_schedule(&testtasklet);
 ......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
 ......
 /* 初始化 tasklet */
 tasklet_init(&testtasklet, testtasklet_func, data);
 /* 注册中断处理函数 */
 request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
 ......
}

2、工作队列

工作队列在进程上下文执行，工作队列将要推后的工作交给一个内核线程去执行，因为工作队列工作在进程上下文，因此工作队列允许睡眠或重新调度。因此如果你要推后的工作可以睡眠那么就可以选择工作队列，否则的话就只能选择软中断或 tasklet。

简单创建工作很简单，直接定义一个 work_struct 结构体变量即可，然后使用 INIT_WORK 宏来初始化工作，INIT_WORK 宏定义如下：

#define INIT_WORK(_work, _func)

_work 表示要初始化的工作，_func 是工作对应的处理函数。也可以使用 DECLARE_WORK 宏一次性完成工作的创建和初始化，宏定义如下：

#define DECLARE_WORK(n, f)

n 表示定义的工作(work_struct)，f 表示工作对应的处理函数。和 tasklet 一样，工作也是需要调度才能运行的，工作的调度函数为 schedule_work，函数原型如下所示：

bool schedule_work(struct work_struct *work)

函数参数和返回值含义如下：
work：要调度的工作。
返回值：0 成功，其他值 失败。

/* 定义工作(work) */
struct work_struct testwork;
/* work 处理函数 */
void testwork_func_t(struct work_struct *work);
{
 /* work 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
 ......
 /* 调度 work */
 schedule_work(&testwork);
 ......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
 ......
 /* 初始化 work */
 INIT_WORK(&testwork, testwork_func_t);
 /* 注册中断处理函数 */
 request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
 ......
}

3、设备树中断信息

intc: interrupt-controller@00a01000 {
	compatible = "arm,cortex-a7-gic";
	#interrupt-cells = <3>;
	interrupt-controller;
	reg = <0x00a01000 0x1000>,
	<0x00a02000 0x100>;
};

fxls8471@1e {
	compatible = "fsl,fxls8471";
	reg = <0x1e>;
	position = <0>;
	interrupt-parent = <&gpio5>;
	interrupts = <0 8>;
};

gpio5: gpio@020ac000 {
	compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";
	reg = <0x020ac000 0x4000>;
	interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
	<GIC_SPI 75 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
	gpio-controller;
	#gpio-cells = <2>;
	interrupt-controller;
	#interrupt-cells = <2>;
};

①、#interrupt-cells，指定中断源的信息 cells 个数。
②、interrupt-controller，表示当前节点为中断控制器。
③、interrupts，指定中断号，触发方式等。
④、interrupt-parent，指定父中断，也就是中断控制器。

4、获取中断号

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。

5、实验程序编写

5、1 修改设备树文件

key {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	compatible = "atkalpha-key";
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
	key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; //
	interrupt-parent = <&gpio1>;//
	interrupts = <18 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>; //18 表示 GPIO1 组的 18号 IO，另一个参数看下面程序
	status = "okay";
};

enum {
	IRQ_TYPE_NONE = 0x00000000,
	IRQ_TYPE_EDGE_RISING = 0x00000001,
	IRQ_TYPE_EDGE_FALLING = 0x00000002,
	IRQ_TYPE_EDGE_BOTH = (IRQ_TYPE_EDGE_FALLING |
							IRQ_TYPE_EDGE_RISING),
	IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH = 0x00000004,
	IRQ_TYPE_LEVEL_LOW = 0x00000008,
	IRQ_TYPE_LEVEL_MASK = (IRQ_TYPE_LEVEL_LOW |
							IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH),
......
};

按键中断，通过定时器消抖

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define IMX6UIRQ_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define IMX6UIRQ_NAME "imx6uirq" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0 按键值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按键数量 */

 /* 中断 IO 描述结构体 */
struct irq_keydesc {
	int gpio; /* gpio */
	int irqnum; /* 中断号 */
	unsigned char value; /* 按键对应的键值 */
	char name[10]; /* 名字 */
	irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};

struct imx6uirq_dev{
	dev_t devid; /* 设备号 */
	struct cdev cdev; /* cdev */
	struct class *class; /* 类 */
	struct device *device; /* 设备 */
	int major; /* 主设备号 */
	int minor; /* 次设备号 */
	struct device_node *nd; /* 设备节点 */
	atomic_t keyvalue; /* 有效的按键键值 */
	atomic_t releasekey; /* 标记是否完成一次完成的按键*/
	struct timer_list timer; /* 定义一个定时器*/
	struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按键描述数组 */
	unsigned char curkeynum; /* 当前的按键号 */
};

struct imx6uirq_dev imx6uirq; /* irq 设备 */

/* @description : 中断服务函数，开启定时器，延时 10ms，
* 定时器用于按键消抖。
* @param - irq : 中断号
* @param - dev_id : 设备结构。
* @return : 中断执行结果
*/
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
	struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
	 
	dev->curkeynum = 0;
	dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
	mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

/* @description : 定时器服务函数，用于按键消抖，定时器到了以后
* 再次读取按键值，如果按键还是处于按下状态就表示按键有效。
* @param – arg : 设备结构变量
* @return : 无
*/
void timer_function(unsigned long arg)
{
	unsigned char value;
	unsigned char num;
	struct irq_keydesc *keydesc;
	struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)arg;
	 
	num = dev->curkeynum;
	keydesc = &dev->irqkeydesc[num];
	value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取 IO 值 */
	if(value == 0){ /* 按下按键 */
		atomic_set(&dev->keyvalue, keydesc->value);
	}
	else{ /* 按键松开 */
		atomic_set(&dev->keyvalue, 0x80 | keydesc->value);
		atomic_set(&dev->releasekey, 1); /* 标记松开按键 */ 
	} 
}

static int keyio_init(void)
{
	unsigned char i = 0;

	int ret = 0;

	imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key");
	if (imx6uirq.nd== NULL){
		printk("key node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	}

	 /* 提取 GPIO */
	for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
	imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd,"key-gpio", i);
	if (imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio < 0) {
			printk("can't get key%d\r\n", i);
		}
	}

	/* 初始化 key 所使用的 IO，并且设置成中断模式 */
	for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
		memset(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(imx6uirq.irqkeydesc[i].name)); 
		sprintf(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); 
		gpio_request(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio,imx6uirq.irqkeydesc[i].name);
		gpio_direction_input(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio); 
		imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i);
		#if 0
			imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = gpio_to_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
		#endif
		printk("key%d:gpio=%d,irqnum=%d\r\n",i,imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio,imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
	}
	/* 申请中断 */
	imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;
	imx6uirq.irqkeydesc[0].value = KEY0VALUE;
 
	for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
		ret = request_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum,imx6uirq.irqkeydesc[i].handler,IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING,imx6uirq.irqkeydesc[i].name, &imx6uirq);
		if(ret < 0){
			printk("irq %d request failed!\r\n",imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
			return -EFAULT;
		}
	}

	/* 创建定时器 */
	init_timer(&imx6uirq.timer);
	imx6uirq.timer.function = timer_function;
	return 0;
}

static int imx6uirq_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{	
	filp->private_data = &imx6uirq; /* 设置私有数据 */
	return 0;
}

static ssize_t imx6uirq_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int ret = 0;
	unsigned char keyvalue = 0;
	unsigned char releasekey = 0;
	struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)
	filp->private_data;
	
	keyvalue = atomic_read(&dev->keyvalue);
	releasekey = atomic_read(&dev->releasekey);

	if (releasekey) 
	{ /* 有按键按下 */
		if (keyvalue & 0x80) 
		{
			keyvalue &= ~0x80;
			ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
		} 
		else 
		{
			goto data_error;
		}
		atomic_set(&dev->releasekey, 0); /* 按下标志清零 */
	} 
	else 
	{
		goto data_error;
	}
	return 0;
	
	data_error:
	return -EINVAL;
}

static struct file_operations imx6uirq_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = imx6uirq_open,
	.read = imx6uirq_read,
};


	static int __init imx6uirq_init(void)
	{
	/* 1、构建设备号 */
	if (imx6uirq.major) 
	{
		imx6uirq.devid = MKDEV(imx6uirq.major, 0);
		register_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT,IMX6UIRQ_NAME);
	} 
	else 
	{
		alloc_chrdev_region(&imx6uirq.devid, 0, IMX6UIRQ_CNT,IMX6UIRQ_NAME);
		imx6uirq.major = MAJOR(imx6uirq.devid);
		imx6uirq.minor = MINOR(imx6uirq.devid);
	}
	
	/* 2、注册字符设备 */
	cdev_init(&imx6uirq.cdev, &imx6uirq_fops);
	cdev_add(&imx6uirq.cdev, imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);

	/* 3、创建类 */
	imx6uirq.class = class_create(THIS_MODULE, IMX6UIRQ_NAME);
	if (IS_ERR(imx6uirq.class)) {
		return PTR_ERR(imx6uirq.class);
	}

	/* 4、创建设备 */
	imx6uirq.device = device_create(imx6uirq.class, NULL,
	imx6uirq.devid, NULL, IMX6UIRQ_NAME);
	if (IS_ERR(imx6uirq.device)) {
		return PTR_ERR(imx6uirq.device);
	}

	/* 5、初始化按键 */
	atomic_set(&imx6uirq.keyvalue, INVAKEY);
	atomic_set(&imx6uirq.releasekey, 0);
	keyio_init();
	return 0;
}

static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
	unsigned int i = 0;
	/* 删除定时器 */
	del_timer_sync(&imx6uirq.timer); 
	
	/* 释放中断 */
	for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
	free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, &imx6uirq);
	}
	cdev_del(&imx6uirq.cdev);
	unregister_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
	device_destroy(imx6uirq.class, imx6uirq.devid);
	class_destroy(imx6uirq.class);
}

module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("hsd");