深入剖析linux中斷機(jī)制

1、深入剖析深入剖析LinuxLinux中斷機(jī)制中斷機(jī)制－－中斷概述－－中斷概述【摘要】本文詳解了Linux內(nèi)核的中斷實(shí)現(xiàn)機(jī)制。首先介紹了中斷的一些基本概念，然后分析了面向?qū)ο蟮腖inux中斷的組織形式、三種主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其之間的關(guān)系。隨后介紹了Linux處理異常和中斷的基本流程，在此基礎(chǔ)上分析了中斷處理的詳細(xì)流程，包括保存現(xiàn)場、中斷處理、中斷退出時的軟中斷執(zhí)行及中斷返回時的進(jìn)程切換等問題。最后介紹了中斷相關(guān)的API，包括中斷注冊和釋放、中

2、斷關(guān)閉和使能、如何編寫中斷ISR、共享中斷、中斷上下文中斷狀態(tài)等?！娟P(guān)鍵字】中斷，異常，hw_interrupt_type，irq_desc_t，irqaction，asm_do_IRQ，軟中斷，進(jìn)程切換，中斷注冊釋放request_irq，free_irq，共享中斷，可重入，中斷上下文1中斷概述1.1為什么需要中斷？處理器的速度跟外圍硬件設(shè)備的速度往往不在一個數(shù)量級上，因此，如果內(nèi)核采取讓處理器向硬件發(fā)出一個請求，然后專門等待回應(yīng)的辦

3、法，顯然差強(qiáng)人意。既然硬件的響應(yīng)這么慢，那么內(nèi)核就應(yīng)該在此期間處理其他事務(wù)，等到硬件真正完成了請求的操作之后，再回過頭來對它進(jìn)行處理。想要實(shí)現(xiàn)這種功能，輪詢(polling)可能會是一種解決辦法?？梢宰寖?nèi)核定期對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行查詢，然后做出相應(yīng)的處理。不過這種方法很可能會讓內(nèi)核做不少無用功，因?yàn)闊o論硬件設(shè)備是正在忙碌著完成任務(wù)還是已經(jīng)大功告成，輪詢總會周期性地重復(fù)執(zhí)行。更好的辦法是由我們來提供一種機(jī)制，讓硬件在需要的時候再向內(nèi)核發(fā)出信號

4、(變內(nèi)核主動為硬件主動)。這就是中斷機(jī)制。1.2中斷的表示形式硬件設(shè)備生成中斷的時候并不考慮與處理器的時鐘同步—換句話說就是中斷隨時可以產(chǎn)生。因此，內(nèi)核隨時可能因?yàn)樾碌絹淼闹袛喽淮驍?。從物理學(xué)的角度看，中斷是一種電信號，由硬件設(shè)備生成，并直接送入中斷控制器的輸入引腳上。然后再由中斷控制器向處理器發(fā)送相應(yīng)的信號。處理器一經(jīng)檢測到此信號，便中斷自己的當(dāng)前工作轉(zhuǎn)而處理中斷。此后，處理器會通知操作系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生中斷，這樣，操作系統(tǒng)就可以對這個中

5、斷進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砹?。同步總是返回到下一條指令故障潛在可恢復(fù)的錯誤同步返回到當(dāng)前指令終止不可恢復(fù)的錯誤同步不會返回在處理器執(zhí)行到由于編程失誤而導(dǎo)致的錯誤指令(例如被0除)的時候，或者是在執(zhí)行期間出現(xiàn)特殊情況(例如缺頁)，必須靠內(nèi)核來處理的時候，處理器就會產(chǎn)生一個異常。因?yàn)樵S多處理器體系結(jié)構(gòu)處理異常與處理中斷的方式類似，因此，內(nèi)核對它們的處理也很類似。通過軟中斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，那就是陷人內(nèi)核，然后引起一種特殊的異?！到y(tǒng)調(diào)用處理程序異常。你將

6、會看到，中斷的工作方式與之類似，其差異只在于中斷是由硬件而不是軟件引起的。1.4中斷處理程序在響應(yīng)一個特定中斷的時候，內(nèi)核會執(zhí)行一個函數(shù)，該函數(shù)叫做中斷處理程序(interrupthler)或中斷服務(wù)例程(interruptserviceroutineISR)。產(chǎn)生中斷的每個設(shè)備都有一個相應(yīng)的中斷處理程序。在Linux中，中斷處理程序看起來就是普普通通的C函數(shù)。只不過這些函數(shù)必須按照特定的類型聲明，以便內(nèi)核能夠以標(biāo)準(zhǔn)的方式傳遞處理程序的