linux设备驱动归纳总结(六)：2.分享中断号

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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。

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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

[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。

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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

[test_init]request irq failed!

insmod: cannot insert 'test.ko':invalid parameter //提示参数错误

[root: 2nd]# insmod err/test1.ko

[test_init]request irq failed!

insmod: cannot insert 'err/test1.ko': invalid parameter

那到底是哪个参数错了？

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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]

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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 withr0 = 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 bneasm_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

125generic_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);

344local_irq_disable(); //再次关上中断

345

346 return retval;

347 }

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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。

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