Linux中断上下文

Linux中断上下文开发详解：从硬件响应到延迟处理

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一、中断上下文概述 ⚡

在Linux内核开发中，中断处理是驱动开发的核心环节。中断上下文分为两个关键部分：

1. 中断上文（Top Half） ⚡

• 由硬件中断直接触发
• 执行时间必须极短（通常<100μs）⏱️
• 不可调用可能阻塞的函数（如kmalloc(GFP_KERNEL)）

2. 中断下文（Bottom Half） ⏳

• 使用tasklet等延迟执行机制
• 允许相对耗时的操作
• 仍运行在软中断上下文，不可睡眠

二、中断上文处理

关键API

// 注册中断处理程序
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, 
               unsigned long flags, const char *name, void *dev);

// 注销中断
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

参数详解

参数	说明
irq	中断号（通过platform_get_irq()获取）
handler	中断处理函数（原型：irqreturn_t (*)(int, void *)） ️
flags	重要标志：IRQF_SHARED（共享中断）、IRQF_TRIGGER_RISING（触发类型）
name	/proc/interrupts中显示的名称
dev_id	设备标识符，共享中断时必须唯一

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三、中断下文处理（Tasklet机制） ⚙️

1. Tasklet结构体

struct tasklet_struct {
    struct tasklet_struct *next;   // 链表指针 ⛓️
    unsigned long state;           // 状态位（TASKLET_STATE_SCHED等） 
    atomic_t count;                // 禁用计数器 
    void (*func)(unsigned long);    // 处理函数 ️
    unsigned long data;            // 用户数据 
};

2. 初始化方法 ️

静态初始化

// 默认激活状态 ✅
DECLARE_TASKLET(my_tasklet, tasklet_handler, 0x1234);

// 初始禁用状态 ⛔
DECLARE_TASKLET_DISABLED(my_tasklet_disabled, handler, data);

动态初始化

struct tasklet_struct my_tasklet;
tasklet_init(&my_tasklet, handler_func, 0x5678); // 动态绑定

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3. 核心操作API

函数	作用
tasklet_schedule()	调度tasklet执行
tasklet_disable()	禁用tasklet（可嵌套调用） ⏸️
tasklet_enable()	启用tasklet ▶️
tasklet_kill()	永久终止tasklet，确保不再运行 ⚰️

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四、开发实例分析

1. 完整驱动示例

#include 
#include 

static struct tasklet_struct my_tasklet;
static int irq_num;

// Tasklet处理函数 ️
void my_tasklet_handler(unsigned long data) {
    printk("Processing tasklet, data: %lu\n", data);
    /* 执行耗时操作（如DMA启动、数据处理） ⚡ */
}

// 中断处理函数 ⚡
irqreturn_t irq_handler(int irq, void *dev) {
    /* 1. 快速处理硬件操作  */
    iowrite32(0xFF, reg_addr);

    /* 2. 调度tasklet  */
    tasklet_schedule(&my_tasklet);

    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init mydrv_init(void) {
    // 获取中断号 
    irq_num = platform_get_irq(pdev, 0);
    
    // 注册中断 
    request_irq(irq_num, irq_handler, IRQF_SHARED, "mydrv", &mydrv);

    // 初始化tasklet ⚙️
    tasklet_init(&my_tasklet, my_tasklet_handler, 0x1234);
    
    return 0;
}

static void __exit mydrv_exit(void) {
    free_irq(irq_num, &mydrv);   // 注销中断 
    tasklet_kill(&my_tasklet);   // 安全终止taskelt ⚠️
}

module_init(mydrv_init);
module_exit(mydrv_exit);

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五、关键注意事项 ⚠️

1. 原子性保障

   • 中断处理函数中必须使用自旋锁（spin_lock_irqsave）保护共享资源 ️
   • 避免在中断上下文进行内存分配（优先使用预分配缓冲区）

2. 性能优化

   // 在频繁中断场景下使用NAPI机制 
   if (data_ready) {
       tasklet_schedule(&rx_tasklet);
       disable_irq_nosync(irq_num); // 减少中断风暴 ️
   }
   

3. 调试技巧

   # 查看中断统计 
   cat /proc/interrupts
   
   # 追踪tasklet状态 
   echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/irq/enable
   

4. 常见错误 ❌

   • 误用tasklet_kill导致死锁：禁止在中断上下文调用
   • 共享中断未实现识别逻辑：未正确使用dev_id区分设备

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六、扩展应用场景

场景	推荐方案
高频中断（网络驱动）	tasklet+NAPI组合
需要睡眠的操作	工作队列（workqueue）
实时性要求高	线程化中断（request_threaded_irq）⏱️

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七、总结

通过合理运用中断上下文机制，开发者可以在保证系统实时性的同时，高效完成硬件交互和数据处理任务。

• 记住：中断上文要快如闪电 ⚡，中断下文要稳如泰山 ️。
• 避免踩坑：tasklet_kill 的误用是新手常见雷区 ，务必在进程上下文操作！

掌握这些核心原理，你将能构建出稳定高效的 Linux 内核驱动！

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Happy Kernel Hacking! ️