LDD3-第十章-中斷處理<一>
中斷是指，CPU在執行程序的過程中，出現了某些突發事件時，CPU必須暫停執行當前的程序，轉去處理其它突然事件，處理完畢後CPU又返回原來的程序被中斷的位置並繼續執行。中斷分爲兩種：內部中斷，來源於CPU內部（溢出，中斷指令，用戶態到內核態切換等）；外部中斷，來源於CPU外部，由外設提出請求（一般爲中斷引腳的信號）。
中斷信號線是非常珍貴且有限的資源(x86體系， 244個），內核維護了一箇中斷信號線的註冊表。中斷信號線的使用遵循註冊-撤銷的使用模式，並且有時可以與其他設備共享信號線。
中斷信號線申請函數：
#include <linux/sched.h> /* <kernel/irq/Manage.h> */
int request_irq(unsigned int irq, /* 中斷信號線值 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *， struct pt_regs *), /* 中斷處理程序*/
unsigned long flags, /* 與中斷管理相關的位掩碼 */
const char *dev_name, /* 傳遞給rquest_irq函數的字符串，用以在/proc/interrupts 顯示，一般爲設備名稱 */
void *dev_id /* 用於標明此終端號共享。一般指向自己實現的 struct xxx_device結構 */
);
返回值： 0 成功； -INVAL 中斷號無效或者中斷處理程序handler爲NULL； -EBUSY 中斷被其他設備使用且不能共享
中斷管理先關的位掩碼flags：
SA_INTERRUPT: 表示handler是一個快速中斷的處理例程。快速中斷運行在中斷被禁用的情況下，即在中斷函數運行的過程中會屏蔽所有中斷。
SA_SHIRQ: shared irq, 表示該終端號（線）能夠被多個設備共享
SA_SAMPLE_RANDOM: 表示中斷信號的產生時間是真正的無規律的，可以對/dev/random和/dev/urandom設備使用的熵池做出共享。不建議有規律的、可以被控制的設備設置此標誌
取消中斷號的使用
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
中斷處理例程(handler)可以在驅動程序本身初始化或者設備第一次打開的時候安裝。但是，在驅動程序本身初始化時安裝中斷不是好主意，因爲一個驅動模塊(module)可能已經插入了內核，但是對應的設備可能很長時間或者從來不使用，那麼該驅動始終佔據一箇中斷號但是從來不真正使用，特別是當該驅動獨佔（即沒有設置爲SA_SHIRQ)申請到的終端號。因此，在設備第一次打開時申請並設置，最後一次關閉設備時釋放中斷號，是最佳的方式。缺點是，這樣必須記錄設備被打開和關閉的引用計數（打開時增加，關閉時減少）用以讓驅動知道哪次打開是第一次，哪次關閉是最後一次。
申請中斷實例（LDD3, short模塊)：
if (short_irq >= 0) { /* 已確定用哪個中斷號 */
result = request_irq(short_irq, short_interrupt,/* 將終端號，和中斷處理例,設備名字等關聯起來 */
SA_INTERRUPT, "short", NULL);
if (result) {
printk(KERN_INFO "short: can't get assigned irq %i\n",
short_irq);
hort_irq = -1;
}
else { /* actually enable it -- assume this *is* a parallel port */
outb(0x10,short_base+2); /* 啓動設備的中斷能力， 設備在初始化時是默認關閉中斷能力的 */
}
} 可以通過/proc/interrupts查看正在使用的終端號的信息，包括終端號： cpu0 cpu1 ... 中斷控制器 處理中斷的設備（dev_id）。另外，/proc/stat也能顯示終端信息，但是是與體系相關的。
檢測中斷號IRQ
自動檢測中斷號irq。在上面的申請中斷號的時候，我們必須已經知道了驅動設備所使用的驅動號，即irq>=0。但是，實際情況是我們可能並不預先知道一個設備所使用的中斷號。這就要求我們能夠通過一定的手段探知設備將要使用的中斷號（在模塊的初始化過程中探測將要使用的中斷號，但是在打開設備的時候申請request_irq並使用此中斷號），一般分爲幾種情況，依據實際的硬件的說明使用：
1. 通過讀取設備配置寄存器的特定位來獲知所使用的中斷號。 例如：PCI設備，0x300c。
2. 通過內核輔助函數，探測設備的中斷號，例如short模塊：
int count = 0;
do {
unsigned long mask;
mask = probe_irq_on(); /* 啓用中斷 */
outb_p(0x10,short_base+2); /* enable reporting */
outb_p(0x00,short_base); /* clear the bit */
outb_p(0xFF,short_base); /* set the bit: interrupt! */
outb_p(0x00,short_base+2); /* disable reporting */
udelay(5); /* give it some time */
short_irq = probe_irq_off(mask); /* 返回0沒有找到中斷號，負值產生了多次中斷 */
if (short_irq == 0) { /* 沒有中斷號 */
printk(KERN_INFO "short: no irq reported by probe\n");
short_irq = -1;
}
/* 在這應該實現對此次產生的中斷的處理， 將每次爲了探測中斷號而產生的中斷處理掉
* if more than one line has been activated, the result is
* negative. We should service the interrupt (no need for lpt port)
* and loop over again. Loop at most five times, then give up
*/
} while (short_irq < 0 && count++ < 5); /* 循環探測 5次 */
if (short_irq < 0) /* 最後還是沒有探測到中斷號 */
printk("short: probe failed %i times, giving up\n", count);
3. 通過I/O地址分配中斷號，例如short模塊：
if (short_irq < 0) /* not yet specified: force the default on */
switch(short_base) {
case 0x378: short_irq = 7; break;
case 0x278: short_irq = 2; break;
case 0x3bc: short_irq = 5; break;
} irqreturn_t short_probing(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) /* 中斷處理程序 */中斷處理程序
中斷處理函數是在中斷時間運行的，可以理解爲與其他程序並行運行，且不在任何進程的上下文中。因此，中斷處理函數不能向用戶態發送或者接受數據、不能做任何發生休眠的操作（wait_event，非GPA_ATOMIC的內存分配，鎖住信號量等），最後也不能調用內核的schdule函數。
另外，中斷處理程序沒有自己的棧，相反，它共享被中斷進程的內核棧，如果沒有正在運行的進程，它就使用idle進程的棧。因爲中斷程序共享別人的堆棧，所以它們在棧中獲取空間時必須非常節省。內核棧在32位體系結構上是8KB，在64位體系結構上是16KB.執行的進程上下文和產生的所有中斷都共享內核棧。
#include <linux/sched.h>
static irqreturn_t (*handler)(int irq, void *dev_id， struct pt_regs *regs) /* 中斷處理程序 */
irq: 使用的中斷號，內核自己安排並在運行中斷處理程序handler時傳遞給int irq參數。
dev_id： 用戶數據，傳遞給request_irq函數中的void *dev_id。一般在request_irq函數中將其置爲指向用戶自己實現的xxx_device結構，這樣當共享中斷時可以通過它來判斷是哪個具體設備產生了中斷
regs: 很少用，保存CPU進入中斷處理程序之前的寄存器狀態，用來調試。
中斷處理函數的返回值很重要，如果確實處理了設備的中斷（例如，給設備寫讀等），就返回IRQ_HANDLED ，如果不需要則返回IRQ_NONE。或者使用宏IRQ_RETVAL(value) 。對應的內核定義爲，0、1與 value != 0。
irqrequest_t,可能返回兩個特殊的值：IRQ_NONE和IRQ_HANDLED.當中斷處理程序檢測到一箇中斷時，但該中斷對應的設備並不是在註冊處理函數期間指定的產生源時，返回IRQ_NONE;當中斷處理程序被正確調用，且確實是它所對應的設備產生了中斷時，返回IRQ_HANDLED.C此外，也可以使用宏IRQ_RETVAL(x)，如果x非0值，那麼該宏返回IRQ_HANDLED,否則，返回IRQ_NONE.利用這個特殊的值，內核可以知道設備發出的是否是一種虛假的(未請求)中斷。如果給定中斷線上所有中斷處理程序返回的都是IRQ_NONE，那麼，內核就可以檢測到出了問題。最後，需要說明的就是那個static了，中斷處理程序通常會標記爲static，因爲它從來不會被別的文件中的代碼直接調用。另外，中斷處理程序是無需重入的，當一個給定的中斷處理程序正在執行時，相應的中斷線在所有處理器上都會被屏蔽掉，以防止在同一個中斷上接收另外一個新的中斷。通常情況下，所有其他的中斷都是打開的，所以這些不同中斷線上的其他中斷都能被處理，但當前中斷總是被禁止的。由此可見，同一個中斷處理程序絕對不會被同時調用以處理嵌套的中斷。
中斷的功能就是將中斷相關的信息反饋給設備，並根據情況進行相應的數據的讀寫。典型的任務是：通知進程等待的事件已經發生，例如數據到達，然後喚醒在該設備上休眠的程序。
中斷的啓用和禁止。
當需要在短時間內禁止中斷，或者在持有自旋鎖時不得不禁止中斷時，內核提供了一下3個函數。不過應該儘量少用此策略，且不用在驅動中的互斥機制中。（......）
#include <asm/irq.h>
void disable_irq(int irq); /* 禁止給定的中斷，並且等待中斷處理程序的結束返回。如果調用disable_irq函數的線程持有中斷處理函數的資源則可能死鎖 */
void disbale_irq_nosync(int irq); /* 禁止給定的中斷，立即返回。可能產生競爭 */
void eable_irq(int irq); /* 恢復中斷 */
#include <asm/system.h>
void local_irq_save(unsigned long flags); /* 保存當前的中斷狀態到flags之後禁止中斷 */ /* 當前中斷狀態？ */
void local_irq_disable(void); /* 直接關閉 */
/* 多個調用鏈中有個多個函數需要禁止中斷，應使用local_irq_save */
void local_irq_restore(unsigned long flags);
void local_irq__enable(void);