Linux中断编程

Linux中断编程

  中断：是指CPU在运行过程中，出现了某种异常事件，需要CPU先暂停当前工作，转而去处理新产生的异常事件，处理完后再返回暂停的事件继续往下执行。就例如我们正在使用手机进行微信视频聊天，这时突然有人打电话过来，这时手机的处理方式是手机来来电铃声响起，通知用户电话来了。
  中断，就是来处理未来时间内可能会发生的事件， 中断事件也称为异常事件。有了中断处理，则可大大提高CPU处理效率。
  在单片机中，我们也常用中断方式来处理一些紧急事件，帮我们实现快速响应一些实时性的事件。因此我们在编写中断服务函数时都是代码尽可能简洁、一定不能处理死循环、若需要处理的事情比较多则应在中断中设定标志位，然后将逻辑代码放到主函数中去实现。
  在Linux内核中，我们一般会将中断分为顶半部分和底半部分。顶半部分主要是处理耗时短的代码(像单片机中设置标志位)，启动底半部分代码；底半部分主要是处理耗时比较长的代码，完成中断响应后的事件处理。

1. Linux下外部中断

  要使用外部中断，则需要完成中断三要素的配置：中断号(irq)、中断服务函数、中断触发方式(电平触发、边沿触发)。

1.1 相关接口函数

• 获取中断号gpio_to_irq

  在Linux内核中提供了方便函数获取引脚中断号。

int gpio_to_irq(unsigned gpio)
函数功能： 获取中断号
返回值： 成功返回对应GPIO的中断号irq

• 注册中断request_irq

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,const char *name, void *dev)
函数功能： 注册中断
形 参： irq --中断号，gpio_to_irq函数返回值。
    handler --中断服务函数。
     服务函数原型：typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
    flags --中断触发方式。
     #define IRQF_TRIGGER_RISING 0x00000001 //上升沿
     #define IRQF_TRIGGER_FALLING 0x00000002 //下升沿
     #define IRQF_TRIGGER_HIGH 0x00000004//高电平
    #define IRQF_TRIGGER_LOW 0x00000008//低电平

    #define IRQF_SHARED 0x00000080 //共享中断
   name --中断注册标志。
   dev --传给中断服务函数的参数。
返回值： 成功返回0，失败返回其它值。

• 中断服务函数

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
函数功能： 中断服务函数
形 参： 第一个参数为中断号；第二个参数为注册函数传入的参数dev
返回值：
   enum irqreturn {
    IRQ_NONE = (0 << 0), //如果不是本中断的则返回这个值，只在共享中断中使用
    IRQ_HANDLED = (1 << 0), //正确执行中断程序返回这个值，常用
    IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1), //表示去唤醒中断处理者的线程
  };

  注意： irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);函数中不能出现带休眠的函数，如msleep函数；该函数必须要返回值。

• 注销free_irq

free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
函数功能： 注销中断
形 参： irq --中断号，gpio_to_irq函数返回值。
   dev --传给中断服务函数的参数。需和注册时保持一致

2. 工作队列

  中断处理函数分为中断顶半部分和中断底半部分。顶半部分代码实现即为中断服务函数，而底半部分代码则可由工作队列完成。

2.1 工作队列简介

  在操作系统中，如果我们需要进行一项工作处理，往往需要创建一个任务来加入内核的调度队列。一个任务对应一个处理函数，如果要进行不同的事务处理，则需要创建多个不同的任务。任务作为CPU调度的基本单元，任务数量越大，则调度成本越高。工作队列（workqueue）机制简化了基础的任务创建和处理机制，一个workqueue对应一个实体task任务处理，工作队列中可以挂载多个工作实体，每一个工作都能对应不同的工作处理函数。即用户只需要创建一个workqueue，则可以完成多个挂接不同处理函数的工作队列。
   工作队列还具有将工作推后执行机制，工作队列可以把工作推后，交由一个内核线程去执行，也就是说，这个下半部分可以在进程上下文中执行。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。
  workqueue的处理依赖于task任务。一个workqueue队列会创建关联其对应的task任务，一个workqueue会挂载多个工作进行处理，每个工作都有工作处理函数。当workqueue得到调度，即其关联的task得到运行，在每次task的调度期间，都会从工作队列中按照先后顺序取出一个work来进行处理。workqueue模块在初始化时，会创建一个系统默认的工作队列，用户可根据需要将work添加到该队列中去执行。

2.2 工作相关函数接口

• 工作结构体struct work_struct

#include 
struct work_struct {
	atomic_long_t data;
	struct list_head entry;
	work_func_t func;  /*工作处理函数*/
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
	struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
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  在工作结构体体中，我们需要关心的成员是工作处理函数：work_func_t func，简单来说即一个工作会对应有一个处理函数。工作处理函数原型如下：

#include 
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
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• 初始化工作INIT_WORK

#define INIT_WORK(_work, _func)
函数功能： 初始化工作，以宏的方式实现
形 参： _work --工作结构体体指针
   _func --工作处理函数

• 工作调度schedule_work

int schedule_work(struct work_struct *work)

2.3工作队列使用步骤

1. 定义工作结构体struct work_struct，初始化工作INIT_WORK；
2. 编写工作处理函数void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
3. 在合适的地方调调度工作(一般在中断顶半部分)；

2.4工作队列使用示例

  下面以按键为例，实现中断方式按键检测，通过工作队列处理底半部分代码，杂项设备框架实现设备注册。

• K1 – GPX3_2
• K2 --GPX3_3
• K3 --GPX3_4
• K4 --GPX3_5

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

#include 
#include 
#include 
struct work_struct key_work;/*工作结构体*/
struct _KEY
{
	unsigned int gpio;/*按键引脚*/
	char name[20];/*按键名*/
	int irq;/*中断号*/
	int key_num;/*按键编号*/
};
static struct _KEY KEY_GPIO_PIN[]=
{
	{EXYNOS4_GPX3(2),"key1",0,1},
	{EXYNOS4_GPX3(3),"key2",0,2},
	{EXYNOS4_GPX3(4),"key3",0,3},	
	{EXYNOS4_GPX3(5),"key4",0,4},	
};
static struct _KEY *key_p;
static unsigned int key_val;
/*工作服务函数*/
void key_work_func(struct work_struct *work)
{
	msleep(30);/*按键消抖*/
	if(gpio_get_value(key_p->gpio)==0)
	{
		printk(" key%d 按下\n",key_p->key_num);
	}
	else 
	{
		printk(" key%d 松开\n",key_p->key_num);
	}
	key_val=key_p->key_num;
}
/*中断服务函数*/
static irqreturn_t key_irq_handler(int irq, void *dev)
{
	key_p=(struct _KEY *)dev;
	schedule_work(&key_work);/*调度工作*/
	return IRQ_HANDLED;/*中断正常处理*/
}
static int key_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("设备打开成功\n");
	return 0;
}
static ssize_t key_read(struct file *file, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *seek)
{
	int res=copy_to_user(buf,&key_val, 4);
	key_val=0;
	return 4-res;
}
static int key_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("设备关闭成功\n");
	return 0;
}
/*文件操作集合*/
static struct file_operations key_fops=
{
	.owner= THIS_MODULE, /*当前模块文件操作集合所有者*/
	.open=key_open,/*open函数接口*/
	.read=key_read,/*read函数接口*/
	.release=key_release,/*close函数接口*/
};
/*
字符设备注册:主设备+次设备号
主设备  --用来区分类(杂项设备、输入设备)
次设备号  --对应哪个设备
杂项设备的主设备号固定为:10
*/
static struct miscdevice key_miscdev = {
	.minor	= MISC_DYNAMIC_MINOR,/*次设备号255由内核分配*/
	.name	= "tiny4412_key",/*设备节点名字，会在/dev下生成*/
	.fops	= &key_fops,/**/
};

static int __init tiny4412_key_module_init(void)
{
	int i=0;
	int res;
    printk("hello,驱动注册成功\n");
	/*初始化工作*/
	INIT_WORK(&key_work,key_work_func);
	/*注册中断*/
	for(i=0;i<sizeof(KEY_GPIO_PIN)/sizeof(KEY_GPIO_PIN[0]);i++)
	{
		KEY_GPIO_PIN[i].irq=gpio_to_irq(KEY_GPIO_PIN[i].gpio);/*获取中断号*/
		res=request_irq(KEY_GPIO_PIN[i].irq,key_irq_handler,IRQF_TRIGGER_RISING|IRQF_TRIGGER_FALLING,
												KEY_GPIO_PIN[i].name,&KEY_GPIO_PIN[i]);
		if(res)
		{
			printk("%d中断注册失败\n",i);
			return -1;
		}
	}
	/*注册杂项设备*/
	misc_register(&key_miscdev);
    return 0;
}

static void __exit tiny4412_key_module_cleanup(void)
{
	int i=0;
	/*注销中断*/
	for(i=0;i<sizeof(KEY_GPIO_PIN)/sizeof(KEY_GPIO_PIN[0]);i++)
	{
		free_irq(KEY_GPIO_PIN[i].irq,&KEY_GPIO_PIN[i]);
	}
	/*注销杂项设备*/
	misc_deregister(&key_miscdev);
	printk("Good-bye, 驱动注销成功\n");
}

module_init(tiny4412_key_module_init);/*驱动入口函数:注册驱动时调用*/
module_exit(tiny4412_key_module_cleanup);/*驱动出口函数:注销驱动时调用*/

MODULE_LICENSE("GPL");/*驱动许可证*/
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