中断处理机制解析

要处理中断，需要有一个中断处理函数。定义如下：

irqreturn_t (*irq_handler_t)(int irq, void * dev_id);


/**
 * enum irqreturn
 * @IRQ_NONE    interrupt was not from this device or was not handled
 * @IRQ_HANDLED    interrupt was handled by this device
 * @IRQ_WAKE_THREAD  handler requests to wake the handler thread
 */
enum irqreturn {
  IRQ_NONE    = (0 << 0),
  IRQ_HANDLED    = (1 << 0),
  IRQ_WAKE_THREAD    = (1 << 1),
};

其中，irq 是一个整数，是中断信号。dev_id 是一个 void * 的通用指针，主要用于区分同一个中断处理函数对于不同设备的处理。

这里的返回值有三种：IRQ_NONE 表示不是我的中断，不归我管；IRQ_HANDLED 表示处理完了的中断；IRQ_WAKE_THREAD 表示有一个进程正在等待这个中断，中断处理完了，应该唤醒它。

很多中断处理程序将整个中断要做的事情分成两部分，称为上半部和下半部，或者成为关键处理部分和延迟处理部分。在中断处理函数中，仅仅处理关键部分，完成了就将中断信号打开，使得新的中断可以进来，需要比较长时间处理的部分，也即延迟部分，往往通过工作队列等方式慢慢处理。

有了中断处理函数，接下来要调用 request_irq 来注册这个中断处理函数。request_irq 有这样几个参数：

• unsigned int irq 是中断信号；
• irq_handler_t handler 是中断处理函数；
• unsigned long flags 是一些标识位；
• const char *name 是设备名称；
• void *dev 这个通用指针应该和中断处理函数的 void *dev 相对应。

对于每一个中断，都有一个对中断的描述结构 struct irq_desc。它有一个重要的成员变量是 struct irqaction，用于表示处理这个中断的动作。每一个中断处理动作的结构 struct irqaction，都有以下成员：

• 中断处理函数 handler；
• void *dev_id 为设备 id；
• irq 为中断信号；
• 如果中断处理函数在单独的线程运行，则有 thread_fn 是线程的执行函数，thread 是线程的 task_struct。

在 request_threaded_irq 函数中，irq_to_desc 根据中断信号查找中断描述结构。如何查找呢？这就要区分情况。一般情况下，所有的 struct irq_desc 都放在一个数组里面，我们直接按下标查找就可以了。如果配置了 CONFIG_SPARSE_IRQ，那中断号是不连续的，就不适合用数组保存了。

真正中断的发生还是要从硬件开始。这里面有四个层次。

• 第一个层次是外部设备给中断控制器发送物理中断信号。
• 第二个层次是中断控制器将物理中断信号转换成为中断向量 interrupt vector，发给各个 CPU。
• 第三个层次是每个 CPU 都会有一个中断向量表，根据 interrupt vector 调用一个 IRQ 处理函数。
• 第四个层次是在 IRQ 处理函数中，将 interrupt vector 转化为抽象中断层的中断信号 irq，调用中断信号 irq 对应的中断描述结构里面的 irq_handler_t。

对于每一个 CPU，都要求有一个 idt_table，里面存放了不同的中断向量的处理函数。中断向量表中已经填好了前 32 位，外加一位 32 位系统调用，其他的都是用于设备中断。

硬件中断的处理函数是 do_IRQ 进行统一处理，在这里会让中断向量，通过 vector_irq 映射为 irq_desc。

irq_desc 是一个用于描述用户注册的中断处理函数的结构，为了能够根据中断向量得到 irq_desc 结构，会把这些结构放在一个基数树里面，方便查找。

irq_desc 里面有一个成员是 irqaction，指向设备驱动程序里面注册的中断处理函数。

此文章为11月Day13学习笔记，内容来源于极客时间《趣谈Linux操作系统》，推荐该课程。