LDD3-第十章-中断处理<一>
中断是指，CPU在执行程序的过程中，出现了某些突发事件时，CPU必须暂停执行当前的程序，转去处理其它突然事件，处理完毕后CPU又返回原来的程序被中断的位置并继续执行。中断分为两种：内部中断，来源于CPU内部（溢出，中断指令，用户态到内核态切换等）；外部中断，来源于CPU外部，由外设提出请求（一般为中断引脚的信号）。
中断信号线是非常珍贵且有限的资源(x86体系， 244个），内核维护了一个中断信号线的注册表。中断信号线的使用遵循注册-撤销的使用模式，并且有时可以与其他设备共享信号线。
中断信号线申请函数：
#include <linux/sched.h> /* <kernel/irq/Manage.h> */
int request_irq(unsigned int irq, /* 中断信号线值 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *， struct pt_regs *), /* 中断处理程序*/
unsigned long flags, /* 与中断管理相关的位掩码 */
const char *dev_name, /* 传递给rquest_irq函数的字符串，用以在/proc/interrupts 显示，一般为设备名称 */
void *dev_id /* 用于标明此终端号共享。一般指向自己实现的 struct xxx_device结构 */
);
返回值： 0 成功； -INVAL 中断号无效或者中断处理程序handler为NULL； -EBUSY 中断被其他设备使用且不能共享
中断管理先关的位掩码flags：
SA_INTERRUPT: 表示handler是一个快速中断的处理例程。快速中断运行在中断被禁用的情况下，即在中断函数运行的过程中会屏蔽所有中断。
SA_SHIRQ: shared irq, 表示该终端号（线）能够被多个设备共享
SA_SAMPLE_RANDOM: 表示中断信号的产生时间是真正的无规律的，可以对/dev/random和/dev/urandom设备使用的熵池做出共享。不建议有规律的、可以被控制的设备设置此标志
取消中断号的使用
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
中断处理例程(handler)可以在驱动程序本身初始化或者设备第一次打开的时候安装。但是，在驱动程序本身初始化时安装中断不是好主意，因为一个驱动模块(module)可能已经插入了内核，但是对应的设备可能很长时间或者从来不使用，那么该驱动始终占据一个中断号但是从来不真正使用，特别是当该驱动独占（即没有设置为SA_SHIRQ)申请到的终端号。因此，在设备第一次打开时申请并设置，最后一次关闭设备时释放中断号，是最佳的方式。缺点是，这样必须记录设备被打开和关闭的引用计数（打开时增加，关闭时减少）用以让驱动知道哪次打开是第一次，哪次关闭是最后一次。
申请中断实例（LDD3, short模块)：
if (short_irq >= 0) { /* 已确定用哪个中断号 */
result = request_irq(short_irq, short_interrupt,/* 将终端号，和中断处理例,设备名字等关联起来 */
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); /* 启动设备的中断能力， 设备在初始化时是默认关闭中断能力的 */
}
} 可以通过/proc/interrupts查看正在使用的终端号的信息，包括终端号： cpu0 cpu1 ... 中断控制器 处理中断的设备（dev_id）。另外，/proc/stat也能显示终端信息，但是是与体系相关的。
检测中断号IRQ
自动检测中断号irq。在上面的申请中断号的时候，我们必须已经知道了驱动设备所使用的驱动号，即irq>=0。但是，实际情况是我们可能并不预先知道一个设备所使用的中断号。这就要求我们能够通过一定的手段探知设备将要使用的中断号（在模块的初始化过程中探测将要使用的中断号，但是在打开设备的时候申请request_irq并使用此中断号），一般分为几种情况，依据实际的硬件的说明使用：
1. 通过读取设备配置寄存器的特定位来获知所使用的中断号。 例如：PCI设备，0x300c。
2. 通过内核辅助函数，探测设备的中断号，例如short模块：
int count = 0;
do {
unsigned long mask;
mask = probe_irq_on(); /* 启用中断 */
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没有找到中断号，负值产生了多次中断 */
if (short_irq == 0) { /* 没有中断号 */
printk(KERN_INFO "short: no irq reported by probe\n");
short_irq = -1;
}
/* 在这应该实现对此次产生的中断的处理， 将每次为了探测中断号而产生的中断处理掉
* 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); /* 循环探测 5次 */
if (short_irq < 0) /* 最后还是没有探测到中断号 */
printk("short: probe failed %i times, giving up\n", count);
3. 通过I/O地址分配中断号，例如short模块：
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) /* 中断处理程序 */中断处理程序
中断处理函数是在中断时间运行的，可以理解为与其他程序并行运行，且不在任何进程的上下文中。因此，中断处理函数不能向用户态发送或者接受数据、不能做任何发生休眠的操作（wait_event，非GPA_ATOMIC的内存分配，锁住信号量等），最后也不能调用内核的schdule函数。
另外，中断处理程序没有自己的栈，相反，它共享被中断进程的内核栈，如果没有正在运行的进程，它就使用idle进程的栈。因为中断程序共享别人的堆栈，所以它们在栈中获取空间时必须非常节省。内核栈在32位体系结构上是8KB，在64位体系结构上是16KB.执行的进程上下文和产生的所有中断都共享内核栈。
#include <linux/sched.h>
static irqreturn_t (*handler)(int irq, void *dev_id， struct pt_regs *regs) /* 中断处理程序 */
irq: 使用的中断号，内核自己安排并在运行中断处理程序handler时传递给int irq参数。
dev_id： 用户数据，传递给request_irq函数中的void *dev_id。一般在request_irq函数中将其置为指向用户自己实现的xxx_device结构，这样当共享中断时可以通过它来判断是哪个具体设备产生了中断
regs: 很少用，保存CPU进入中断处理程序之前的寄存器状态，用来调试。
中断处理函数的返回值很重要，如果确实处理了设备的中断（例如，给设备写读等），就返回IRQ_HANDLED ，如果不需要则返回IRQ_NONE。或者使用宏IRQ_RETVAL(value) 。对应的内核定义为，0、1与 value != 0。
irqrequest_t,可能返回两个特殊的值：IRQ_NONE和IRQ_HANDLED.当中断处理程序检测到一个中断时，但该中断对应的设备并不是在注册处理函数期间指定的产生源时，返回IRQ_NONE;当中断处理程序被正确调用，且确实是它所对应的设备产生了中断时，返回IRQ_HANDLED.C此外，也可以使用宏IRQ_RETVAL(x)，如果x非0值，那么该宏返回IRQ_HANDLED,否则，返回IRQ_NONE.利用这个特殊的值，内核可以知道设备发出的是否是一种虚假的(未请求)中断。如果给定中断线上所有中断处理程序返回的都是IRQ_NONE，那么，内核就可以检测到出了问题。最后，需要说明的就是那个static了，中断处理程序通常会标记为static，因为它从来不会被别的文件中的代码直接调用。另外，中断处理程序是无需重入的，当一个给定的中断处理程序正在执行时，相应的中断线在所有处理器上都会被屏蔽掉，以防止在同一个中断上接收另外一个新的中断。通常情况下，所有其他的中断都是打开的，所以这些不同中断线上的其他中断都能被处理，但当前中断总是被禁止的。由此可见，同一个中断处理程序绝对不会被同时调用以处理嵌套的中断。
中断的功能就是将中断相关的信息反馈给设备，并根据情况进行相应的数据的读写。典型的任务是：通知进程等待的事件已经发生，例如数据到达，然后唤醒在该设备上休眠的程序。
中断的启用和禁止。
当需要在短时间内禁止中断，或者在持有自旋锁时不得不禁止中断时，内核提供了一下3个函数。不过应该尽量少用此策略，且不用在驱动中的互斥机制中。（......）
#include <asm/irq.h>
void disable_irq(int irq); /* 禁止给定的中断，并且等待中断处理程序的结束返回。如果调用disable_irq函数的线程持有中断处理函数的资源则可能死锁 */
void disbale_irq_nosync(int irq); /* 禁止给定的中断，立即返回。可能产生竞争 */
void eable_irq(int irq); /* 恢复中断 */
#include <asm/system.h>
void local_irq_save(unsigned long flags); /* 保存当前的中断状态到flags之后禁止中断 */ /* 当前中断状态？ */
void local_irq_disable(void); /* 直接关闭 */
/* 多个调用链中有个多个函数需要禁止中断，应使用local_irq_save */
void local_irq_restore(unsigned long flags);
void local_irq__enable(void);