初尝内核中断

每台计算机都连接有很多外设，那操作系统对这些外设进行管理时要如何通信呢？一般有轮询（Polling）和中断（Interrupt）两种，第一种是操作系统定时主动去查询这些外设，看有没有设备需要进行处理，而第二种则是外设需要处理时主动向操作系统发送请求信号，然后操作系统再做相应的处理。这第二种不需要定时去查询，只有在设备需要时才进行处理，节省了CPU的消耗，提高了效率。故而我们先尝试下如何去使用Linux内核的中断处理机制，本次采用共享中断的机制来学习我们的中断程序。 

一般来说，一个中断有这样的操作步骤： 

1.注册中断及服务子程序；
2.使能中断；
3.中断到来时调用服务子程序进行处理，处理完成后退出继续等待下一个中断的到来。 

而在Linux内核源码include/linux/interrupt.h里有注册中断需要用到的如下函数：

static inline int __must_check request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev) ;

接下来说说这5个参数吧： 

1.irq：中断号/中断向量，在嵌入式里经常会用gpio来作为外部中断请求线，经常会用到gpio_to_irq函数来作转换；
2.handler：服务子程序/中断处理程序，指向一个处理本中断的回调函数，其函数原型如下：

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

其两参数分别对应irq和dev；
3.flags：作为gpio请求中断时，该标志可设置触发方式：高电平、低电平、上升延、下降延，还可以设置该中断的处理模式是：屏蔽、共享等，具体可查阅interrupt.h文件里以IRQF_开头的宏；
4.name：中断请求的设备名称，在/proc/interrupts里可查看到中断号、中断次数、中断设备名称；
5.dev：传递给中断处理程序的参数，void*类型表示可以传递任意类型的数据，一般传递设备结构体指针。该参数在设置为共享模式（IRQF_SHARED）时用于标志共享中断的唯一性。 上面说到了中断注册函数，释放时对应的函数为：

extern void free_irq(unsigned int, void *);

第一个参数对应irq，第二个对应dev。 

好了，理论的东西了解了部分，还是从实践出发吧，尝尝这次共享中断号实现中断的魅力吧：

#include
#include
#include
#include

static int irqn;
static char* devname;

module_param(irqn,int,0644);
module_param(devname,charp,0644);

struct shrirq
{
        int devid;
} shrdev={1119};

static irqreturn_t shrirq_handler(int irq,void * dev)
{
        static int count=0;
        struct shrirq shrdev=*(struct shrirq*)dev;

        printk("Enter shrirq_handler!\n");
        printk("ISR devid:%d\n",shrdev.devid);
        printk("count=%d\n",count);

        count++;

        if(count > 65536)
                count=0;

        printk("Leaving IRQ handler!\n");

        return IRQ_HANDLED;
}

static int __init shrirq_init(void)
{
        printk("Enter shrirq_init...\n");

        if(request_irq(irqn,shrirq_handler,IRQF_SHARED,devname,&shrdev) != 0)
        {
                printk("Request IRQ failed!\ndevname=%s,IRQ:%d\n",devname,irqn);
                return -1;
        }
        printk("Request IRQ success!\ndevname=%s,IRQ:%d\n",devname,irqn);
        printk("Exit shrirq_init...\n");

        return 0;
}

static void __exit shrirq_exit(void)
{
        printk("Enter shrirq_exit...\n");
        free_irq(irqn,&shrdev);
        printk("Release irq sucess!\ndevname=%s,IRQ:%d\n",devname,irqn);
        printk("Exit shrirq_exit...\n");
}

module_init(shrirq_init);
module_exit(shrirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

而相应的Makefile如下：

obj-m += shrirq.o
CUR_PATH:=$(shell pwd)
LINUX_KERNEL_PATH:=/home/xinu/linux-3.13.6

all:
        make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) modules

clean:
        make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) clean

从源码看到，多了module_param来指定模块参数和MODULE_LICENSE来指定模块的使用的开源协议，这两部分在后期再详细说明。此时相应的源码树如下： 

/home/xinu/xinu/linux_kernel_driver_l1/shrirq/
├── Makefile
└── shrirq.c 

我们make后使用如下命令来共享键盘中断验证我们的中断驱动模块： 

1.PS/2接口 

我们使用cat /proc/interrupts可以查看到PS/2所使用的i8042键盘控制器对应的中断信息如下：

1: 3 0 IO-APIC-edge i8042 

即中断号为1，那么我们使用命令sudo insmod shrirq.ko irqn=1 devname=shrirq来加载模块，加载成功后我们再看下中断信息： 

1: 3 0 IO-APIC-edge i8042, shrirq 

共享的设备名shrirq出现在i8042后面了。

2.USB接口 

对于USB键盘，我们先用lsusb确认下自己的键盘在哪条USB总线上，我这边是如下信息：

 Bus 002 Device 005: ID 1241:1603 Belkin Keyboard 

在BUS 002上，而cat /proc/interrupts对应的内容如下：

 23: 15035 15044 IO-APIC-fasteoi ehci_hcd:usb2, uhci_hcd:usb6 

即中断号为23，那我们使用命令sudo insmod shrirq.ko irqn=23 devname=shrirq来加载模块，加载成功后再查看中断信息如下：

 23: 15627 15651 IO-APIC-fasteoi ehci_hcd:usb2, uhci_hcd:usb6, shrirq 

当上面加载模块成功后，我们可以使用sudo rmmod shrirq命令来卸载模块。 如果都能正常运行，相应的dmesg信息如下： 

Enter shrirq_init…
Request IRQ success!
devname=shrirq,IRQ:18
Exit shrirq_init…
Enter shrirq_handler!
ISR devid:1119
count=0
Leaving IRQ handler!
Enter shrirq_handler!
ISR devid:1119
count=1
Leaving IRQ handler! ……
Enter shrirq_exit…
Release irq sucess!
devname=shrirq,IRQ:23
Exit shrirq_exit… 

至此，我们体验了一把中断，接下来会继续尝试与中断相关的深层内容，大家继续加油啊！ 

参考网址： 

http://edsionte.com/techblog/archives/1521
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-linuxkernelint/