Linux中断处理 _Linux

中断处理 - 上半部（硬中断）由于 APIC中断控制器有点小复杂，所以本文主要通过 8259A中断控制器来介绍linux对中断的处理过程。
中断处理相关结构前面说过，8259A中断控制器由两片 8259A 风格的外部芯片以级联的方式连接在一起，每个芯片可处理多达 8 个不同的 IRQ（中断请求），所以可用 IRQ 线的个数达到 15 个。如下图：

文章插图

在内核中每条IRQ线由结构体 irq_desc_t 来描述，irq_desc_t 定义如下：
【Linux中断处理】typedef struct { unsigned int status; /* IRQ status */ hw_irq_controller *handler; struct irqaction *action; /* IRQ action list */ unsigned int depth; /* nested irq disables */ spinlock_t lock;} irq_desc_t;下面介绍一下 irq_desc_t 结构各个字段的作用：

status: IRQ线的状态。
handler: 类型为 hw_interrupt_type 结构，表示IRQ线对应的硬件相关处理函数，比如 8259A中断控制器接收到一个中断信号时，需要发送一个确认信号才会继续接收中断信号的，发送确认信号的函数就是 hw_interrupt_type 中的 ack 函数。
action: 类型为 irqaction 结构，中断信号的处理入口。由于一条IRQ线可以被多个硬件共享，所以 action 是一个链表，每个 action 代表一个硬件的中断处理入口。
depth: 防止多次开启和关闭IRQ线。
lock: 防止多核CPU同时对IRQ进行操作的自旋锁。

hw_interrupt_type 这个结构与硬件相关，这里就不作介绍了，我们来看看 irqaction 这个结构：
struct irqaction { void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *); unsigned long flags; unsigned long mask; const char *name; void *dev_id; struct irqaction *next;};下面说说 irqaction 结构各个字段的作用：

handler: 中断处理的入口函数，handler 的第一个参数是中断号，第二个参数是设备对应的ID，第三个参数是中断发生时由内核保存的各个寄存器的值。
flags: 标志位，用于表示 irqaction 的一些行为，例如是否能够与其他硬件共享IRQ线。
name: 用于保存中断处理的名字。
dev_id: 设备ID 。
next: 每个硬件的中断处理入口对应一个 irqaction 结构，由于多个硬件可以共享同一条IRQ线，所以这里通过 next 字段来连接不同的硬件中断处理入口。

irq_desc_t 结构关系如下图：

文章插图

注册中断处理入口在内核中，可以通过 setup_irq() 函数来注册一个中断处理入口。setup_irq() 函数代码如下：
int setup_irq(unsigned int irq, struct irqaction * new){ int shared = 0; unsigned long flags; struct irqaction *old, **p; irq_desc_t *desc = irq_desc + irq; ... spin_lock_irqsave(&desc->lock,flags); p = &desc->action; if ((old = *p) != NULL) { if (!(old->flags & new->flags & SA_SHIRQ)) { spin_unlock_irqrestore(&desc->lock,flags); return -EBUSY; } do { p = &old->next; old = *p; } while (old); shared = 1; } *p = new; if (!shared) { desc->depth = 0; desc->status &= ~(IRQ_DISABLED | IRQ_AUTODETECT | IRQ_WAITING); desc->handler->startup(irq); } spin_unlock_irqrestore(&desc->lock,flags); register_irq_proc(irq); // 注册proc文件系统 return 0;}setup_irq() 函数比较简单，就是通过 irq 号来查找对应的 irq_desc_t 结构，并把新的 irqaction 连接到 irq_desc_t 结构的 action 链表中。要注意的是，如果设备不支持共享IRQ线（也即是 flags 字段没有设置 SA_SHIRQ 标志），那么就返回 EBUSY 错误。
我们看看时钟中断处理入口的注册实例：
static struct irqaction irq0 = { timer_interrupt, SA_INTERRUPT, 0, "timer", NULL, NULL};void __init time_init(void){ ... setup_irq(0, &irq0);}可以看到，时钟中断处理入口的IRQ号为0，处理函数为 timer_interrupt()，并且不支持共享IRQ线（flags 字段没有设置 SA_SHIRQ 标志）。
处理中断请求当一个中断发生时，中断控制层会发送信号给CPU，CPU收到信号会中断当前的执行，转而执行中断处理过程。中断处理过程首先会保存寄存器的值到栈中，然后调用 do_IRQ() 函数进行进一步的处理，do_IRQ() 函数代码如下：
asmlinkage unsigned int do_IRQ(struct pt_regs regs){ int irq = regs.orig_eax & 0xff; /* 获取IRQ号 */ int cpu = smp_processor_id(); irq_desc_t *desc = irq_desc + irq; struct irqaction * action; unsigned int status; kstat.irqs[cpu][irq]++; spin_lock(&desc->lock); desc->handler->ack(irq); status = desc->status & ~(IRQ_REPLAY | IRQ_WAITING); status |= IRQ_PENDING; /* we _want_ to handle it */ action = NULL; if (!(status & (IRQ_DISABLED | IRQ_INPROGRESS))) { // 当前IRQ不在处理中 action = desc->action; // 获取 action 链表 status &= ~IRQ_PENDING; // 去除IRQ_PENDING标志, 这个标志用于记录是否在处理IRQ请求的时候又发生了中断 status |= IRQ_INPROGRESS; // 设置IRQ_INPROGRESS标志, 表示正在处理IRQ } desc->status = status; if (!action) // 如果上一次IRQ还没完成, 直接退出 goto out; for (;;) { spin_unlock(&desc->lock); handle_IRQ_event(irq, ®s, action); // 处理IRQ请求 spin_lock(&desc->lock);if (!(desc->status & IRQ_PENDING)) // 如果在处理IRQ请求的时候又发生了中断, 继续处理IRQ请求 break; desc->status &= ~IRQ_PENDING; } desc->status &= ~IRQ_INPROGRESS;out: desc->handler->end(irq); spin_unlock(&desc->lock); if (softirq_active(cpu) & softirq_mask(cpu)) do_softirq(); // 中断下半部处理 return 1;}