日期:2014-05-16  浏览次数:20629 次

linux内核--中断和中断程序(三)
中断还是中断,我讲了很多次的中断了,今天还是要讲中断,为啥呢?因为在操作系统中,中断是必须要讲的..

       那么什么叫中断呢, 中断还是打断,这样一说你就不明白了。唉,中断还真是有点像打断。我们知道linux管理所有的硬件设备,要做的第一件事先是通信。然后,我们天天在说一句话:处理器的速度跟外围硬件设备的速度往往不在一个数量级上,甚至几个数量级的差别,这时咋办,你总不能让处理器在那里傻等着你硬件做好了告诉我一声吧。这很容易就和日常生活联系起来了,这样效率太低,不如我处理器做别的事情,你硬件设备准备好了,告诉我一声就得了。这个告诉,咱们说的轻松,做起来还是挺费劲啊!怎么着,简单一点,轮训(polling)可能就是一种解决方法,缺点是操作系统要做太多的无用功,在那里傻傻的做着不重要而要重复的工作,这里有更好的办法---中断,这个中断不要紧,关键在于从硬件设备的角度上看,已经实现了从被动为主动的历史性突破。

       中断的例子我就不说了,这个很显然啊。分析中断,本质上是一种特殊的电信号,由硬件设备发向处理器,处理器接收到中断后,会马上向操作系统反应此信号的带来,然后就由OS负责处理这些新到来的数据,中断可以随时发生,才不用操心与处理器的时间同步问题。不同的设备对应的中断不同,他们之间的不同从操作系统级来看,差别就在于一个数字标识-----中断号。专业一点就叫中断请求(IRQ)线,通常IRQ都是一些数值量。有些体系结构上,中断好是固定的,有的是动态分配的,这不是问题所在,问题在于特定的中断总是与特定的设备相关联,并且内核要知道这些信息,这才是最关键的,不是么?哈哈.

       用书上一句话说:讨论中断就不得不提及异常,异常和中断不一样,它在产生时必须要考虑与处理器的时钟同步,实际上,异常也常常称为同步中断,在处理器执行到由于编程失误而导致的错误指令的时候,或者是在执行期间出现特殊情况,必须要靠内核来处理的时候,处理器就会产生一个异常。因为许多处理器体系结构处理异常以及处理中断的方式类似,因此,内核对它们的处理也很类似。这里的讨论,大部分都是适合异常,这时可以看成是处理器本身产生的中断。

       中断产生告诉中断控制器,继续告诉操作系统内核,内核总是要处理的,是不?这里内核会执行一个叫做中断处理程序或中断处理例程的函数。这里特别要说明,中断处理程序是和特定中断相关联的,而不是和设备相关联,如果一个设备可以产生很多中断,这时该设备的驱动程序也就需要准备多个这样的函数。一个中断处理程序是设备驱动程序的一部分,这个我们在linux设备驱动中已经说过,就不说了,后面我也会提到一些。前边说过一个问题:中断是可能随时发生的,因此必须要保证中断处理程序也能随时执行,中断处理程序也要尽可能的快速执行,只有这样才能保证尽可能快地恢复中断代码的执行。

       但是,不想说但是,大学第一节逃课的情形现在仍记忆犹新:又想马儿跑,又想马儿不吃草,怎么可能!但现实问题或者不像想象那样悲观,我们的中断说不定还真有奇迹发生。这个奇迹就是将中断处理切为两个部分或两半。中断处理程序上半部(top half)---接收到一个中断,它就立即开始开始执行,但只做严格时限的工作,这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。同时,能够被允许稍后完成的工作推迟到下半部(bottom half)去,此后,下半部会被执行,通常情况下,下半部都会在中断处理程序返回时立即执行。我会在后面谈论linux所提供的是实现下半部的各种机制。

       说了那么多,现在开始第一个问题:如何注册一个中断处理程序。我们在linux驱动程序理论里讲过,通过一下函数可注册一个中断处理程序:

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int request_irq(unsigned int irq,irqreturn_t (*handler)(int,void*,structpt_regs *),unsignedlongirqflags,constchar* devname,void*dev_id)

       有关这个中断的一些参数说明,我就不说了,一旦注册了一个中断处理程序,就肯定会有释放中断处理,这是调用下列函数:

?
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void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)