linux设备驱动归纳总结（六）：2.分享中断号
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
上一节介绍的内容是，调用接口request_irq()，使中断号与中断处理函数对应。但是，有时候会有这样的情况，如果开发板上按键的中断已经被另外的驱动程序注册中断了，而我现在又想再注册一次这个中断，这就出现了一个中断号不止对应一个中断函数的情况。注意，这里与硬件上的共享中断不一样，这里是指，当一个中断信号来了，基于操作系统，一个中断的到来可以调用多个中断处理程序，与硬件无关。
接下来从错误的代码开始讲解。
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
一、错误的产生
以下的代码在“6th_irq_2/1st”中。
假设有这样的情况，有一个人，加载了模块test.ko，模块注册了中断号EINT1。接着，我编写代码（我并不知道中断号已经被使用了），加载模块test1.c（在err目录下），模块同样注册了中断号EINT1。但这样的注册不成功的。
看效果：
[root: 1st]# insmod test.ko //某处加载第一个时成功
hello irq
[root: 1st]# key down
key down
[root: 1st]# insmod err/test1.ko //假设我并不知道已经记载了一次，加载第二次时失败
<kernel>[test_init]request irq failed!
insmod: cannot insert 'err/test1.ko': Device or resource busy
[root: 1st]# cat /proc/interrupts //查看proc时发现，原来早就有人注册了EINT1中断号
CPU0
17: 2 s3c-ext0 key INT_EINT1
30: 20429 s3c S3C2410 Timer Tick
32: 0 s3c s3c2410-lcd
51: 3032 s3c-ext eth0
70: 252 s3c-uart0 s3c2440-uart
71: 277 s3c-uart0 s3c2440-uart
79: 0 s3c-adc s3c2410_action
80: 0 s3c-adc adc, s3c2410_action
83: 0 - s3c2410-wdt
Err: 0
这个就是两男争一妞的情况了，解决办法有两个：
1、动物界的规矩，干掉其中一个，谁赢谁说了算。
2、邪恶做法，和平解决，实现共享。
第一个解决办法很简单，查阅内核代码，找到注册该中断的模块，并且想办法卸载该模块。但是，如果那个模块实在是太重要的，不能卸载，那只能共享了。
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
二、共享中断号的标记
在上一节的内容，注册中断处理函数接口request_irq()的参数irqflags还没完全介绍完毕，除了IRQ_TIRGGER_FALLING这类指明中断触发的条件的标志外，下面还介绍三个：
SA_INTERRUPT：这个标志表明该中断处理程序是一个快速中断处理程序。过去，linux系统会区分快速我慢速中断，但现在这个标志只有这样的效果：当响应这个中断时，禁止所有的中断，是该中断处理函数不会被其他中断打断，迅速执行。
SA_SAMPLE_RANDOM：这个标志表明产生的中断会对内核的entropy pool有贡献。Entropy pool负责产生随机数。
SA_SHIRQ：这个标志表明多个中断处理程序可以共享一个中断号。
相对其他两个，SA_SHIRQ是常用的标记。也就是说，我的中断注册失败，原因是我没有共享标记。也就是说，我需要在我的注册中断函数添加共享标记。但再回想一下两男争一妞的场景，需要共享前提是两个男的都同意共享，所以，原来的中断注册函数也需要共享标记。需要修改原来的函数test.c和我新写的test1.c，都加上共享标记SA_SHIRQ，表示它们两都同意共享。
在ARM下SA_SHIRQ相当于标志IRQF_SHARED：
/*iclude/linux/interrupt.h*/
53 #define IRQF_DISABLED 0x00000020 //SA_INTERRUPT
54 #define IRQF_SAMPLE_RANDOM 0x00000040 //SA_SAMPLE_RANDOM
55 #define IRQF_SHARED 0x00000080 //SA_SHIRQ
看修改后的代码：
/*6th_irq_2/1st/test.c*/
30 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
31 IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED, "key INT_EINT1", NULL);
32 if(ret){
33 P_DEBUG("request irq failed!\n");
34 return ret;
35 }
另外一个一模一样
/*6th_irq_2/1st/err/test1.c*/
30 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
31 IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED, "key INT_EINT1", NULL);
32 if(ret){
33 P_DEBUG("request irq failed!\n");
34 return ret;
35 }
再加载一次，发现还是不行。
[root: /]# cd review_driver/6th_irq/6th_irq_2/2nd/
[root: 2nd]# insmod test.ko //加载第一个时就已经不行了
<kernel>[test_init]request irq failed!
insmod: cannot insert 'test.ko': invalid parameter //提示参数错误
[root: 2nd]# insmod err/test1.ko
<kernel>[test_init]request irq failed!
insmod: cannot insert 'err/test1.ko': invalid parameter
那到底是哪个参数错了？
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
三、设备号ID——dev_id
话说两个难得已经同意共享，但为什么还是只能加载一个呢？女的说：“你们是同意了，但我不能分辨不你们吖！”
中断函数同时一样的道理，实现共享中断号的情况下，在调用free_irq()时，通过对应的标记，内核才会知道该释放哪个中断处理函数。
此时，最有一个没讲的参数dev_id就有他的用处了——内核通过dev_id对应中断处理函数handler。另外，也可以通过它来传参给中断处理函数。
再次修改两个程序，给每个程序就加上一个不同的dev_id：
/*6h_irq_2/1st/test.c*/
13 irqreturn_t irq_handler(int irqno, void *dev_id) //中断处理函数
14 {
15 printk("key down, dev_id[%d]\n", *(int *)dev_id);
16 return IRQ_HANDLED;
17 }
18
19 int id = 321;
20
。。。。
32 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
33 IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED, "key INT_EINT1", &id);
。。。。
44 free_irq(IRQ_EINT1, &id);
另外一个一模一样
6th_irq_2/1st/err/test.c
/*6h_irq_2/1st/test.c*/
13 irqreturn_t irq_handler(int irqno, void *dev_id) //中断处理函数
14 {
15 printk("hello xiaobai!, dev_id[%d]\n", *(int *)dev_id);
16 return IRQ_HANDLED;
17 }
18
19 int id = 123;
20
。。。。
32 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
33 IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED, "key INT_EINT1", &id);
。。。。
44 free_irq(IRQ_EINT1, &id);
验证一下，共享成功！
[root: 3rd]# insmod test.ko //加载第一个成功
hello irq
[root: 3rd]# key down, dev_id[321]
key down, dev_id[321]
key down, dev_id[321]
[root: 3rd]# insmod err/test1.ko //加载第二个也成功
hello irq
[root: 3rd]# key down, dev_id[321] //当我按下按键时，两个中断处理函数都调用了。
hello xiaobai!, dev_id[123]
key down, dev_id[321]
hello xiaobai!, dev_id[123]
key down, dev_id[321]
hello xiaobai!, dev_id[123]
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
四、介绍完了中断接口函数，下面简单讲一下一个中断产生后的流程：
以下的图是《linux内核设计与实现》上的插图，基于x86体系的，所以有些函数我在ARM下找不到。
先看前三步，这三步是我在《linux设备驱动归纳总结（六）：1.中断的实现》的“从硬件角度看中断”有详细描述，当硬件（Hardware）产生中断，传给中断处理器（Interrupt controller），经过中断处理器的一轮筛选后，把中断传给处理器（Processer）。
接下来就要讲解处理器接收到中断之后干什么：
1、处理器中断内核（processor interrupts the kernel）：这步骤如下：
1.1、处理器会立即停止它正在进行的事情。
1.2、处理器关闭中断。
1.3、保存原来寄存器的值（这些值属于被中断的任务），切换工作模式至IRQ（S3C2440有7种工作模式，芯片手册有讲解，切换工作模式之前需要保存原来部分寄存器上的值，具体请看S3C2440芯片手册）。
2、do_IRQ：（这个部分说得可能有错，因为我把内核的源代码仔细看过，这部分主要是为了引出下一个的函数handle_IRQ_event()）
在ARM相关的内核代码我没找到do_IRQ函数，但我找到一个相关的——asm_do_IRQ。看看大概做了些什么事情：
2.1、把中断号和一个在内核中存放对应的相关数据的结构体（这个结构体就是存放处理器中寄存器的值）作为参数，传参给asm_do_IRQ。
/*linux-2.6.29/arch/arm/kernel/entry-armv.S*/
29 .macro irq_handler
30 get_irqnr_preamble r5, lr
31 1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr
32 movne r1, sp
33 @
34 @ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *
35 @ //获得中断号和一个结构体，作为参数传给asm_do_IRQ
36 adrne lr, 1b
37 bne asm_do_IRQ
2.2、asm_do_IRQ进行一系列的准备工作之后，调用函数generic_handle_irq()：
/*linux-2.6.29/arch/arm/kernel/irq.c*/
112 asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)
113 {
114 struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs); //保存并设置寄存器上的值，还没弄懂操作的原因
115
116 irq_enter(); //一系列准备操作，没细看
117
118 /*
119 * Some hardware gives randomly wrong interrupts. Rather
120 * than crashing, do something sensible.
121 */
122 if (irq >= NR_IRQS)
123 handle_bad_irq(irq, &bad_irq_desc);
124 else
125 generic_handle_irq(irq); //调用该函数，开始处理中断。
126
127 /* AT91 specific workaround */
128 irq_finish(irq);
129
130 irq_exit();
131 set_irq_regs(old_regs);
132 }
2.3、generic_handle_irq中调用函数_do_IRQ：
/*linux-2.6.29/include/linux/irq.h*/
309 static inline void generic_handle_irq_desc(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
310 {
311 #ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS_NO__DO_IRQ
312 desc->handle_irq(irq, desc);
313 #else
314 if (likely(desc->handle_irq))
315 desc->handle_irq(irq, desc);
316 else
317 __do_IRQ(irq);
318 #endif
319 }
320
321 static inline void generic_handle_irq(unsigned int irq)
322 {
323 generic_handle_irq_desc(irq, irq_to_desc(irq));
324 }
2.4、在__do_IRQ中，会判断该中断号是否已经注册了中断处理函数，如果没有则退出中断，切换至原来的工作模式。如果有，__do_IRQ会调用函数handle_IRQ_event()。
3、irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct irqaction *action) 干了些什么：
上面说的内容可能都不太详细，因为我也不太明白有些函数的作用和具体的内核代码，但下面的函数大家应该都会看得懂：
/*linux-2.6.29/kernel/irq/handle.c*/
326 irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct irqaction *action)
327 {
328 irqreturn_t ret, retval = IRQ_NONE;
329 unsigned int status = 0;
330
331 if (!(action->flags & IRQF_DISABLED)) //在切换工作模式时内核是禁止了中断的，如果
332 local_irq_enable_in_hardirq(); //注册时使用标记IRQF_DISABLED，则开启中断
333
334 do {
335 ret = action->handler(irq, action->dev_id); //调用我们注册的中断处理函数
336 if (ret == IRQ_HANDLED)
337 status |= action->flags;
338 retval |= ret;
339 action = action->next;
340 } while (action); //这是个循环，那就说，如果我们使用的IRQF_SHARED标识，
341 //它会轮流执行该中断号对应的所有注册的中断处理函数
342 if (status & IRQF_SAMPLE_RANDOM) //如果使用该标记时相应的操作
343 add_interrupt_randomness(irq);
344 local_irq_disable(); //再次关上中断
345
346 return retval;
347 }
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
五、总结
总结一下中断注册的几个注意事项：
1、调用request_irq必须通过返回值判断是否成功。
2、共享中断号时，所有共享这个中断号的request_irq都必须添加标记IRQF_SHARED，另外还需要使用一个独特的设备好dev_id，让内核能够通过dev_id对应注册时的中断处理函数。
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
源代码： 6th_irq_2.rar