Linux按键驱动程序设计(4)-中断分层技术

1.中断嵌套

首先引入之前提到过的快速中断和慢速中断：
快/慢速中断的主要区别在于：快速中断保证中断处理的原子性(不被打断)，而慢速中断则不保证。换句话说，也就是“开启中断”标志位(处理器IF)在运行快速中断处理程序时是关闭的，因此在服务该中断时,不会被其他类型的中断打断;而调用慢速中断处理时，其它类型的中断仍可以得到服务。

假如说某个程序在执行快速中断，比如说串口程序，现在网卡收到了一个数据包，请求中断，但是这个时候是请求失败的。如果某个程序在执行慢速中断，与他同类型的程序也要求产生中断，这个时候也是不允许打断的。这种情况就会发生中断丢失，显然中断丢失我们是不希望看到的，怎么解决呢？采用中断分层技术来解决。

2、中断分层

中断分层技术，顾名思义就是把中断服务程序分层，一般分层上半部分和下本部分：
上半部：当中断发生时，它进行相应地硬件读写，并“登记”该中断。通常由中断处理程序充当上半部。

下半部：在系统空闲的时候对上半部“登记”的中断进行后续处理。

及上半部分对硬件进行操作，比如及时读取寄存器的信息，下半部分包含其他一些控制，比如可以延迟执行的操作等等。采用分层技术，可以大大的缩短中断服务函数的执行时间，可以避免中断丢失，同时又可以对相应的硬件进行及时的操作。

中断分层技术有3种实现方式：
1、软中断
2、tasklet
3、工作队列

这里使用最多的技术是工作队列技术。

3、工作队列

工作队列是一种将任务推后执行的形式，他把推后的任务交由一个内核线程去执行。这样下半部会在进程上下文执行，它允许重新调度甚至睡眠。 每个被推后的任务叫做“工作”，由这些工作组成的队列称为工作队列。

在CPU中都会存在一个工作队列，队列上的节点保存工作的相关信息。
Linux内核使用struct work_struct来描述一个工作队列：

struct workqueue_struct {
struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
struct list_head list;
const char *name; /*workqueue name*/
int singlethread;
int freezeable; /* Freeze threads during suspend */
int rt;
};

工作队列中存在一个个工作项，

Linux内核使用struct work_struct来描述一个工作项：

struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func;
};
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);

在工作项里面需要完成的任务就是有func这个任务来指定的。

4、用工作队列实现按键中断

在前面按键中断的代码中加入工作队列技术，需要采用如下的步骤：
1、创建工作队列

create_workqueue

2、创建工作

INIT_WORK

3、提交工作

queue_work

在大多数情况下, 驱动并不需要自己建立工作队列，只需定义工作, 然后将工作提交到内核已经定义好的工作队列keventd_wq中。

提交工作到默认队列：

schedule_work

因此，在内核代码中，只需要创建工作，和提交工作即可：

struct work_struct *key_work;
void key_work_func(struct work_struct *work)
{
printk("key down!\n");;
}

/*创建key_work*/
key_work = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
INIT_WORK(key_work, key_work_func);

//打印信息
schedule_work(key_work);

因此按键的驱动代码就是下面这样了！一般来讲在设计中断操作时都会使用工作队列

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/workqueue.h>

#define GPGCON  	0x56000060

struct work_struct *key_work;

void key_work_func(struct work_struct *work)
{
printk("key down!\n");;
}
/*按键的硬件初始化函数*/
void key_hw_init(void)
{
unsigned int *gpio_config;
unsigned short data;

//物理地址到虚拟地址的映射
gpio_config = ioremap(GPGCON, 4);
//为了不破坏原有寄存器的值
data = readw(gpio_config);
data &= ~0x03;
data |= 0x02;

//写入寄存器中
writew(data, gpio_config);
}
/*按键中断服务函数*/
irqreturn_t key_interupter(int irq, void *dev_id)
{
//检测设备是否产生中断

//清除中断标志位（处理器级别的标志位系统会自动清除）

//打印信息
schedule_work(key_work);
return 0;
}

/*设备文件打开操作*/
int key_open(struct inode *node, struct file *filp)
{
return 0;
}

/*初始化文件操作函数*/
struct file_operations key_fops =
{
.open = key_open,
};

/*初始化设备文件*/
struct miscdevice key_miscdev = {
.minor = 200,
.name = "key",
.fops = &key_fops,
};

/*模块初始化函数*/
static int key_init(void)
{
/*注册混杂设备*/
misc_register(&key_miscdev);

/*注册中断函数*/
request_irq(IRQ_EINT8, key_interupter, IRQF_TRIGGER_FALLING, "key", 0);

/*初始化硬件*/
key_hw_init();

/*创建key_work*/
key_work = kmalloc(sizeof(struct work_struct), GFP_KERNEL);
INIT_WORK(key_work, key_work_func);
return 0;
}

static void key_exit(void)
{
/*注销设备*/
misc_deregister(&key_miscdev);

/*注销中断服务程序*/
free_irq(IRQ_EINT8, 0);
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(key_init);
module_exit(key_exit);