第一、二期衔接——4.3 字符驱动设备—简述Linux中断处理体系结构

简述Linux中断处理体系结构

• 硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）
• 软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统
• 参考资料：《嵌入式Linux应用开发手册》、《嵌入式Linux应用开发手册第2版》、https://blog.csdn.net/juS3Ve/article/details/81437432
• 开发环境：Linux 2.6.22.6 内核、arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6工具链

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一、栈

在介绍Linux中断处理体系结构之前，先来介绍一下栈。

1、概念

  "栈“者,存储货物或供旅客住宿的地方,可引申为仓库、中转站，所以引入到计算机领域里，就是指数据暂时存储的地方，所以才有进栈、出栈的说法。
  栈，是一个线性表（数据结构），具有先进后出的特点。

2、场景举例

在中断的时候，我们通常需要到栈来进行保存现场的工作，下面通过一个场景来具体感受下栈的作用。
场景：在函数A中调用函数B

funA()
{
	//funB()之前的其他操作
	funB();
	//funB()之后的其他操作
}

执行过程：
 图画描述：

图片来自：《嵌入式Linux应用开发手册第2版》
 文字解释：
  ①、在执行funA()中的funB()之前的其他操作的指令时，根据翻译的汇编码正常执行。
  ②、当funB()之前的其他操作的指令执行完毕后，进入到funB()函数中，此时
    ｛
      首先：把funB()之前的其他操作的指令的结果、数据、寄存器入栈，保存在程序A的栈中（瞬间完成）；
      之后：执行funB()函数，把结果、数据、寄存器入栈，保存在程序B的栈中；；
      最后：funB()函数执行完毕后（是否释放B栈资源看具体程序），把栈A中保存的结果、数据、寄存器重新拿出来；
    ｝
  ③、执行funB()之后的其他操作的指令。

二、Linux对中断处理的演进

1、中断分类

  在Linux系统中，对中断进行了拓展了，分为你了硬件中断和软件中断。

1.1 硬件中断

  硬件中断是一个异步信号，表明需要注意,，或需要改变在执行一个同步事件。硬件中断是由与系统相连的外设(比如网卡 硬盘 键盘等)产生的.。

1.2 软件中断

  软中断的处理类似于硬中断，但是软中断仅仅由当前运行的进程产生。

2、中断处理原则

2.1 不能嵌套

  中断处理函数需要调用 C 函数，这就需要用到栈。
  场景：假设中断 A 正在处理的过程中，假设又发生了中断 B，那么在栈里要保存 A 的现场，然后处理 B。在处理 B 的过程中又发生了中断 C，那么在栈里要保存 B 的现场，然后处理 C。如果中断嵌套突然暴发，那么栈将越来越大，栈终将耗尽，系统会崩溃。
  所以，为了防止这种情况发生，也是为了简单化中断的处理，在 Linux 系统上中断无法嵌套：即当前中断 A 没处理完之前，不会响应另一个中断 B(即使它的优先级更高)。
  抛转：在中断的下半部分可以相应其他中断。
（参考资料：《嵌入式Linux应用开发手册第2版》、https://blog.csdn.net/juS3Ve/article/details/81437432）

2.2 越快越好

  在单芯片系统中，假设中断处理很慢，那应用程序在这段时间内就无法执行：系统显得很迟顿。
在中断的处理过程中，该 CPU 是不能进行进程调度的，所以中断的处理要越快越好，尽早让其他中断能

3、中断的上半部与下半部

  假如处理一个中断所消耗的时间过长，那么对于整个系统来说，给人的感觉就是很卡顿的（特别是对于可视化应用），所以Linux就引出了中断的上半部与下半部这个概念。

3.1 中断的上半部

在关中断（无法处理其他中断）的状态下，在关中断下处理紧急的事情。

3.2 中断的下半部

在开中断（中断允许打断）的状态下，处理非紧急的事情。

整个流程如下：假如在A中断的下半部发生了B中断，则B中断结束后，回到A中断下半部，此时A、B中断的下半部，是汇集在一起处理的。

三、Linux中断处理体系框架

1. 发生中断时，CPU进入异常，执行异常向量vertor_irq的代码。
2. 在vertor_irq中，最终会调用中断处理的总入口函数asm_do_IRQ。
3. asm do IRQ根据中断号调用 irq_desc数组项中的 handle_ irq。
4. handle irq会使用chip成员中的函数来设置硬件，比如清除中断、禁止中断、重新使能中断等。
5. handle irq逐个调用用户在 action链表中注册的处理函数。

所以，在实际编程中，需要初始化构造这些数据结构，

• 比如 irq_desc数组项中的handle_ irq、chip等成员；
• 用户注册中断时就是构造 action链表；
• 用户卸载中断时就是从 action链表中去除不需要的项。