Linux驅動中斷下半部的三種方法

什麼是中斷下半部

當產生中斷時，會進入中斷處理程序。

但中斷處理程序必須快速、非同步、簡單的對硬體做出迅速回應並完成那些時間要求很嚴格的操作。

因此，對於那些其他的、對時間要求相對寬鬆的任務，就應該推後到中斷被激活以後再去運行。

這樣，整個中斷處理流程就被分成了兩個部分：

• 第一個部分是中斷處理程序(上半部)，核心透過對它的非同步執行完成對硬體中斷的即時回應。
• 中斷處理流程中的另外一部分，下半部(bottom half)

下半部的任務主要是執行與中斷相關的工作，這些工作並沒有被中斷服務程序本身完成。

下半部並不需要指明一個確切時間，只要把這些任務推遲一點，讓它們在系統不太繁忙並且中斷恢復後執行就可以了。

上半部與下半部的主要差異：

• 上半部指的是中斷處理程序，下半部則指的是一些雖然與中斷有相關性但是可以延後執行的任務。

• 上半部中斷不能被相同類型的中斷打斷，而下半部依然​​可以被中斷打斷。

• 通常下半部在中斷處理程序一回就會馬上運作。

• 上半部簡單快速，執行的時候禁止一些或全部中斷。

• 下半部稍後執行，而且執行期間可以回應所有的中斷。

  在

Linux中，中斷下半部的實作主要有三種：

• 軟體中斷
• tasklet
• #工作佇列

##softirq

#softirq即軟體中斷，程式碼位於kernel/softirq.c檔案中；

每個軟體中斷由

softirq_action結構表示：

在

softirq.c中定義了一個軟中斷向量陣列softirq_vec：

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;  
    enum  
    {  
       HI_SOFTIRQ=0, /*用于高优先级的tasklet*/  
       TIMER_SOFTIRQ, /*用于定时器的下半部*/  
       NET_TX_SOFTIRQ, /*用于网络层发包*/  
       NET_RX_SOFTIRQ, /*用于网络层收报*/  
       BLOCK_SOFTIRQ,  
       BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,  
       TASKLET_SOFTIRQ, /*用于低优先级的tasklet*/  
       SCHED_SOFTIRQ,  
       HRTIMER_SOFTIRQ,  
       RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */  
       NR_SOFTIRQS  
   };

陣列的成員數由

NR_SOFTIRQS決定，是一個列舉常數。

新增一個軟體中斷時，需要在檔案

include/linux/interrupt.h 中加入一個列舉常數。

軟體中斷使用的幾個要點：

• 一个软中断不会抢占另外一个软中断。
• 惟一可以抢占软中断的是中断处理程序。
• 其他的软中断可以在其他处理器上同时执行。

相关接口

• 注册软中断

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

即注册对应类型的处理函数到全局数组softirq_vec中。

• 触发软中断

void raise_softirq(unsigned int nr)

实际上即以软中断类型nr作为偏移量会置位irq_stat[cpu_id]的成员变量__softirq_pending.

__softirq_pending字段中的每一个bit，对应着某一个软中断，某个bit被置位，说明有相应的软中断等待处理。

这也是同一类型软中断可以在多个cpu上并行运行的根本原因。

软中断实例

以一个按键驱动的中断处理为例，将按键驱动的中断处理分成上下两部分：

• 上半部：讀取鍵值，觸發軟中斷
• 下半部：喚醒程序

軟中斷的註冊，在驅動的入口函數，註冊軟中斷：

新增的列舉常數：

可以看到，使用軟中斷是需要修改內核，增加一個列舉的，有些繁瑣。

所以，通常我們不建議擅自增加軟中斷的數量，如果需要新的軟中斷，盡可能把它們實現為基於軟中斷的tasklet形式。

tasklet

#tasklet是利用軟體中斷實作的一種下半部機制。

那是用軟中斷還是tasklet好呢？

選擇到底是用軟體中斷還是tasklet其實很簡單：

• 通常你应该用tasklet。就像我们在前面看到的，软中断资源有限，也麻烦，而且软中断的使用者屈指可数。它只在那些执行频率很高和连续性要求很高的情况下才需要。
• 而tasklet却有更广泛的用途。大多数情况下用tasklet效果都不错，而且它们还非常容易使用。
• 因为tasklet是通过软中断实现的，所以它们本身也是软中断。

tasklet使用

tasklet的使用步骤如下：

1、编写tasklet处理函数（下半部）

void my_tasklet_fun (unsigned long data)

2、声明tasklet

//静态 
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_fun,data); 
//动态
Struct  tasklet_struct xxx;
tasklet_init(&xxx,tasklet_handler,dev)

3、调度 tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

登记my_tasklet, 然后允许系统在合适的时间调度它。

tasklet实例

以按键中断驱动为例：

先使用DECLARE_TASKLET靜態宣告一個tasklet，指定其下半部函數為btn_tasklet_func，在中斷服務函數（上半部）取得按鍵值後，呼叫tasklet_schedule調度。

work queue

#work queue即工作佇列，也是中斷下半部的一種。

Work queue將下半部工作延後給一個核心執行緒去執行－work 總是運行於進程上下文.

兩個要點：

• 如果延遲的工作需要睡眠，則使用work queues。否則使用softirq或tasklets.
• #Work queues適用於需要分配大量的內存，以獲得一個信號量，或執行阻塞的I/O的情況.

工作佇列的相關介面函數：

在使用上，工作佇列與tasklet是類似的：

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