Linux驱动开发 中断上下文机制详解 中断上下文API使用详解

在 Linux 驱动开发中，中断处理被分为上半部（Top Half）和下半部（Bottom Half）。这是为了减少中断处理对系统响应时间的影响，因为中断通常会打断系统正常执行的代码，快速响应中断是必要的，但不需要立刻处理所有相关工作。通过分离上半部和下半部，能够将时间敏感的工作放在上半部，非时间敏感的工作放在下半部，从而提高系统效率。

上半部（Top Half）

上半部是中断发生时，立即执行的部分，通常是中断处理程序。在中断发生后，处理器会调用注册的中断处理函数。在上半部执行时，通常会完成以下任务：

• 快速读取硬件寄存器或数据，以防数据丢失。
• 清除或禁用中断源，防止中断重复触发。
• 安排需要较长时间的任务（例如数据处理）到下半部执行。

上半部的特点：

• 运行在中断上下文中，禁止中断和进程切换。
• 执行时间应该尽量短。
• 不能睡眠或调用可能导致睡眠的函数。

下半部（Bottom Half）

下半部是将非时间紧迫的任务延迟执行的机制。下半部是在普通的进程上下文中执行，因此不会阻塞其他中断或任务。Linux 提供了几种机制来实现下半部，常见的有以下几种：

1. 软中断（SoftIRQ）：

   • 是一种较为底层的下半部机制，通常在网络子系统或块设备驱动中使用。
   • 软中断是在硬件中断上下文中触发的，但可以在稍后处理，减少中断处理的时间。

2. tasklet：

   • 是基于软中断的上层抽象，较为简单易用。
   • 适合用于非对称多处理器（SMP）环境，因为一个 tasklet 不能在多个 CPU 上并发执行。

3. 工作队列（Workqueue）：

   • 工作队列允许将任务放到系统的工作队列中，由内核线程处理。
   • 可以在进程上下文中执行，因此可以进行休眠或调用可能导致休眠的函数，适用于需要较长时间的任务处理。

下半部的特点：

• 在进程上下文中执行，因此可以使用阻塞的函数。
• 不会阻塞其他中断，可以长时间执行较为复杂的任务。

使用例子

为了更好地理解 Linux 驱动开发中断上半部和下半部的概念，下面提供一个完整的例程，展示如何使用上半部和下半部（使用 tasklet）。

示例代码：上半部和下半部（tasklet）

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/irq.h>

#define IRQ_NUM 19  // 假设中断号为19

// tasklet 函数，用于下半部
void my_tasklet_func(unsigned long data);
DECLARE_TASKLET(my_tasklet, my_tasklet_func, 0);

// 上半部中断处理程序
irqreturn_t my_interrupt_handler(int irq, void *dev_id) {
   
    // 上半部快速处理中断
    printk(KERN_INFO "Interrupt %d: Top half executed\n", irq);
    
    // 调度 tasklet (下半部)
    tasklet_schedule(&my_tasklet);
    
    return IRQ_HANDLED;
}

// 下半部 tasklet 函数
void my_tasklet_func(unsigned long data) {
   
    // 下半部处理相对耗时任务
    printk(KERN_INFO "Tasklet: Bottom half executed\n")