本系列文章主要講Linux中的中斷和時間管理，文章機構如下：
01 - 驅動中的中斷處理
02 - 中斷下半部 tasklet
03 - 中斷的下半部 workqueue
04 - Linux中的延時操作函數
05 - Linux硬件定時 jiffies
06 - Linux 低分辨率定時器
07 - Linux高分辨率定時器
1. 中斷的上下部
在上個例程提到，中斷處理函數應該儘快完成，否則會影響對其他中斷的及時響應，影響系統的性能。但有時候這些耗時的操作又避免不了，比如電容觸摸屏通過中斷通知 SOC 有觸摸事件發生，SOC 響應中斷，然後通過 IIC 接口讀取觸摸座標值並將其上報給系統。但是我們都知道 IIC 的速度最高也只有400Kbit/S，所以在中斷中通過 IIC 讀取數據就會浪費時間。爲了解決這個問題，Linux將中斷分爲了兩部分，上半部和下半部，上半部能完成緊急但很快能完成的事情，下半部完成不緊急但比較耗時的事情。對於電容觸摸屏來講可以將通過 IIC 讀取觸摸數據的操作暫後執行，中斷處理函數僅僅相應中斷，然後清除中斷標誌位即可。
中斷上半部和下半部的區分可參考如下：
①、如果要處理的內容不希望被其他中斷打斷，那麼可以放到上半部。
②、如果要處理的任務對時間敏感，可以放到上半部。
③、如果要處理的任務與硬件有關，可以放到上半部
④、除了上述三點以外的其他任務，優先考慮放到下半部。
2. 軟中斷
在學習 tasklet 之前，首先了解一下軟中斷，軟中斷是中斷下半部機制的一種，目前內核中定義軟中斷的編號如下：
enum
{
HI_SOFTIRQ=0, // 高優先級軟中斷
TIMER_SOFTIRQ, // 定時器軟中斷
NET_TX_SOFTIRQ, // 網絡數據發送軟中斷
NET_RX_SOFTIRQ, // 網絡數據接收軟中斷
BLOCK_SOFTIRQ,
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ, // tasklet 軟中斷
SCHED_SOFTIRQ, // 調度軟中斷
HRTIMER_SOFTIRQ, // 高精度定時器軟中斷
RCU_SOFTIRQ, // RCU 軟中斷
NR_SOFTIRQS
};
3. tasklet
軟中斷通常由內核的開發者設計，內核開發者保留了一個軟中斷給驅動的開發者，他就是 TASKLET_SOFTIRQ(tasklet 軟中斷)內核中對 tasklet 的處理函數和宏定義如下：
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next; // 構成鏈表的指針
unsigned long state; // tasklet被調度的狀態，已經被調度還是已經在執行
atomic_t count; // 用於禁止tasklet執行(非0時禁止執行)
void (*func)(unsigned long); // tasklet下半部的函數
unsigned long data; // 傳遞給下半部的參數
};
內核中定義的tasklet相關函數如下：
DECLARE_TASKLET(name, func, data) // 靜態定義一個 tasklet_struct 結構體，名字爲name，下半部函數爲func，傳遞的數據爲data
DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) // 定義 tasklet_struct 結構體，count被賦值爲1，不能被執行，需要調用 tasklet_enable 使能
// 宏定義的原型如下
#define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }
#define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }
void tasklet_init(struct tasklet_struct * t, void(* func)(unsigned long), unsigned long data) // 初始化動態分配 tasklet_struct 結構體
inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct * t) // 將指定的 tasklet_struct 結構體對象加入到tasklet的鏈表中，下半部函數將會在未來的某個時間被調度
4. 示例代碼
4.1 demo.c
在代碼的22行靜態定義一個tasklet，在代碼的55行將指定的tasklet_struct 結構體對象加入到tasklet的鏈表中，下半部函數將會在未來的某個時間被調度，在函數 func_tasklet 中將原本屬於中斷函數處理的內容交給中斷的下半部函數處理
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/atomic.h>
#include <linux/slab.h> // kzalloc和kfree的頭文件
#include <linux/interrupt.h> // 中斷相關的頭文件
typedef struct
{
dev_t dev_no;
char devname[20];
char classname[20];
struct cdev demo_cdev;
struct class *cls;
struct device *dev;
struct mutex my_mutex; // 定義一個互斥體，在init函數中進行初始化
}demo_struct;
demo_struct my_demo_dev; // 定義一個設備結構體指針，指向NULL
static void func_tasklet(unsigned long args); // 中斷下半部函數的聲明
DECLARE_TASKLET(tasklet_test, func_tasklet, (unsigned long)&my_demo_dev); // 靜態定義一個tasklet
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/* 首先判斷設備是否可用 */
if( mutex_lock_interruptible(&my_demo_dev.my_mutex) ) // 訪問共享資源之前獲取互斥體，成功獲取返回0
{
return -ERESTARTSYS; // 不能獲取返回錯誤碼
}
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/* 釋放互斥量 */
mutex_unlock(&my_demo_dev.my_mutex);
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
struct file_operations demo_ops = {
.open = demo_open,
.release= demo_release,
};
irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
tasklet_schedule(&tasklet_test); // 將指定的 tasklet_struct 結構體對象加入到tasklet的鏈表中，下半部函數將會在未來的某個時間被調度
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); // 中斷處理函數常用的返回值
}
static void func_tasklet(unsigned long args)
{
/*
將上半部的事情放到下半部執行
*/
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
}
static int __init demo_init(void)
{
int ret;
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
strcpy(my_demo_dev.devname, "demo_chrdev"); // 給設備名字賦值
strcpy(my_demo_dev.classname, "demo_class"); // 給設備類的名字賦值
mutex_init(&my_demo_dev.my_mutex); // 初始化互斥體
ret = alloc_chrdev_region(&my_demo_dev.dev_no, 0, 0, my_demo_dev.devname);
if (ret)
{
printk("alloc_chrdev_region failed.\n");
goto region_err;
}
cdev_init(&my_demo_dev.demo_cdev, &demo_ops);
ret = cdev_add(&my_demo_dev.demo_cdev, my_demo_dev.dev_no, 1);
if (ret < 0)
{
printk("cdev_add failed.\n");
goto add_err;
}
my_demo_dev.cls = class_create(THIS_MODULE, my_demo_dev.classname); /* 在目錄/sys/class/.. */
if ( IS_ERR(my_demo_dev.cls) )
{
ret = PTR_ERR(my_demo_dev.cls);
printk("class_create failed.\n");
goto cls_err;
}
my_demo_dev.dev = device_create(my_demo_dev.cls, NULL, my_demo_dev.dev_no, NULL, "chrdev%d", 0); /* 在目錄/dev/.. */
if ( IS_ERR(my_demo_dev.dev) )
{
ret = PTR_ERR(my_demo_dev.dev);
printk("device_create failed.\n");
goto dev_err;
}
// 註冊中斷，因爲是共享中斷所以必須傳遞dev_id
ret = request_irq(123, my_irq_handler, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_SHARED, "irq_test", &my_demo_dev);
if ( ret ) // 成功返回0，失敗返回錯誤碼
{
printk("request_irq failed.\n");
goto irq_err;
}
return 0;
irq_err:
device_destroy(my_demo_dev.cls, my_demo_dev.dev_no);
dev_err:
class_destroy(my_demo_dev.cls);
cls_err:
cdev_del(&my_demo_dev.demo_cdev);
add_err:
unregister_chrdev_region(my_demo_dev.dev_no, 1);
region_err:
return ret;
}
static void __exit demo_exit(void)
{
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
free_irq(123, &my_demo_dev); // 註銷中斷
device_destroy(my_demo_dev.cls, my_demo_dev.dev_no);
class_destroy(my_demo_dev.cls);
cdev_del(&my_demo_dev.demo_cdev);
unregister_chrdev_region(my_demo_dev.dev_no, 1);
}
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
4.2 test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
int fd;
fd = open("/dev/chrdev0", O_RDWR, 0666);
if (fd < 0)
{
perror("open");
return -1;
}
sleep(60);
close(fd);
return 0;
}
4.3 Makefile
KERNELDIR ?= /home/linux/ti-processor-sdk-linux-am335x-evm-04.00.00.04/board-support/linux-4.9.28/
PWD := $(shell pwd)
all:
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
arm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o app
install:
sudo cp *.ko app /tftpboot
clean:
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
rm app
obj-m += demo.o