📄 ch10s02.html
字号:
<html xmlns:cf="http://docbook.sourceforge.net/xmlns/chunkfast/1.0"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312"><title>10.2. 安装一个中断处理</title><link rel="stylesheet" href="docbook.css" type="text/css"><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.69.0"><link rel="start" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="up" href="ch10.html" title="第 10 章 中断处理"><link rel="prev" href="ch10.html" title="第 10 章 中断处理"><link rel="next" href="ch10s03.html" title="10.3. 前和后半部"></head><body bgcolor="white" text="black" link="#0000FF" vlink="#840084" alink="#0000FF"><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">10.2. 安装一个中断处理</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="ch10.html">上一页</a> </td><th width="60%" align="center">第 10 章 中断处理</th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="ch10s03.html">下一页</a></td></tr></table><hr></div><div class="sect1" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="InstallinganInterruptHandler.sect"></a>10.2. 安装一个中断处理</h2></div></div></div><p>如果你想实际地"看到"产生的中断, 向硬件设备写不足够; 一个软件处理必须在系统中配置. 如果 Linux 内核还没有被告知来期待你的中断, 它简单地确认并忽略它.</p><p>中断线是一个宝贵且常常有限的资源, 特别当它们只有 15 或者 16 个时. 内核保持了中断线的一个注册, 类似于 I/O 端口的注册. 一个模块被希望来请求一个中断通道(或者 IRQ, 对于中断请求), 在使用它之前, 并且当结束时释放它. 在很多情况下, 也希望模块能够与其他驱动共享中断线, 如同我们将看到的. 下面的函数, 声明在 <linux/interrupt.h>, 实现中断注册接口:</p><pre class="programlisting">int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long flags, const char *dev_name, void *dev_id);void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);</pre><p>从 request_irq 返回给请求函数的返回值或者是 0 指示成功, 或者是一个负的错误码, 如同平常. 函数返回 -EBUSY 来指示另一个驱动已经使用请求的中断线是不寻常的. 函数的参数如下:</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>unsigned int irq </span></span></dt><dd><p>请求的中断号</p></dd><dt><span class="term"><span>irqreturn_t (*handler)</span></span></dt><dd><p>安装的处理函数指针. 我们在本章后面讨论给这个函数的参数以及它的返回值.</p></dd><dt><span class="term"><span>unsigned long flags </span></span></dt><dd><p>如你会希望的, 一个与中断管理相关的选项的位掩码(后面描述).</p></dd><dt><span class="term"><span>const char *dev_name </span></span></dt><dd><p>这个传递给 request_irq 的字串用在 /proc/interrupts 来显示中断的拥有者(下一节看到)</p></dd><dt><span class="term"><span>void *dev_id </span></span></dt><dd><p>用作共享中断线的指针. 它是一个独特的标识, 用在当释放中断线时以及可能还被驱动用来指向它自己的私有数据区(来标识哪个设备在中断). 如果中断没有被共享, dev_id 可以设置为 NULL, 但是使用这个项指向设备结构不管如何是个好主意. 我们将在"实现一个处理"一节中看到 dev_id 的一个实际应用.</p></dd></dl></div><p>flags 中可以设置的位如下:</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>SA_INTERRUPT </span></span></dt><dd><p>当置位了, 这表示一个"快速"中断处理. 快速处理在当前处理器上禁止中断来执行(这个主题在"快速和慢速处理"一节涉及).</p></dd><dt><span class="term"><span>SA_SHIRQ </span></span></dt><dd><p>这个位表示中断可以在设备间共享. 共享的概念在"中断共享"一节中略述.</p></dd><dt><span class="term"><span>SA_SAMPLE_RANDOM </span></span></dt><dd><p>这个位表示产生的中断能够有贡献给 /dev/random 和 /dev/urandom 使用的加密池. 这些设备在读取时返回真正的随机数并且设计来帮助应用程序软件为加密选择安全钥. 这样的随机数从一个由各种随机事件贡献的加密池中提取的. 如果你的设备以真正随机的时间产生中断, 你应当设置这个标志. 如果, 另一方面, 你的中断是可预测的( 例如, 一个帧抓取器的场消隐), 这个标志不值得设置 -- 它无论如何不会对系统加密有贡献. 可能被攻击者影响的设备不应当设置这个标志; 例如, 网络驱动易遭受从外部计时的可预测报文并且不应当对加密池有贡献. 更多信息看 drivers/char/random.c 的注释. </p></dd></dl></div><p>中断处理可以在驱动初始化时安装或者在设备第一次打开时. 尽管从模块的初始化函数中安装中断处理可能听来是个好主意, 它常常不是, 特别当你的设备不共享中断. 因为中断线数目是有限的, 你不想浪费它们. 你可以轻易使你的系统中设备数多于中断数.如果一个模块在初始化时请求一个 IRQ, 它阻止了任何其他的驱动使用这个中断, 甚至这个持有它的设备从不被使用. 在设备打开时请求中断, 另一方面, 允许某些共享资源. </p><p>例如, 可能与一个 modem 在同一个中断上运行一个帧抓取器, 只要你不同时使用这 2 个设备. 对用户来说是很普通的在系统启动时为一个特殊设备加载模块, 甚至这个设备很少用到. 一个数据获取技巧可能使用同一个中断作为第 2 个串口. 虽然不是太难避免在数据获取时联入你的互联网服务提供商(ISP), 被迫卸载一个模块为了使用 modem 确实令人不快.</p><p>调用 request_irq 的正确位置是当设备第一次打开时, 在硬件被指示来产生中断前. 调用 free_irq 的位置是设备最后一次被关闭时, 在硬件被告知不要再中断处理器之后. 这个技术的缺点是你需要保持一个每设备的打开计数, 以便于你知道什么时候中断可以被禁止.</p><p>尽管这个讨论, short 还在加载时请求它的中断线. 这样做是为了你可以运行测试程序而不必运行一个额外的进程来保持设备打开. short, 因此, 从它的初始化函数( short_init )请求中断, 不是在 short_open 中做, 象一个真实设备驱动.</p><p>下面代码请求的中断是 short_irq. 变量的真正赋值(即, 决定使用哪个 IRQ )在后面显示, 因为它和现在的讨论无关. short_base 是使用的并口 I/O 基地址; 接口的寄存器 2 被写入来使能中断报告.</p><pre class="programlisting">if (short_irq >= 0){ result = request_irq(short_irq, short_interrupt, SA_INTERRUPT, "short", NULL); if (result) { printk(KERN_INFO "short: can't get assigned irq %i\n", short_irq); short_irq = -1; } else { /* actually enable it -- assume this *is* a parallel port */ outb(0x10,short_base+2); }}</pre><p>代码显示, 安装的处理是一个快速处理(SA_INTERRUPT), 不支持中断共享(SA_SHIRQ 没有), 并且不对系统加密有贡献(SA_SAMPLE_RANDOM 也没有). outb 调用接着为并口使能中断报告.</p><p>由于某些合理原因, i386 和 x86_64 体系定义了一个函数来询问一个中断线的能力:</p><pre class="programlisting">int can_request_irq(unsigned int irq, unsigned long flags); </pre><p>这个函数当试图分配一个给定中断成功时返回一个非零值. 但是, 注意, 在 can_request_irq 和 request_irq 的调用之间事情可能一直改变.</p><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="TheprocInterface.sect"></a>10.2.1. /proc 接口</h3></div></div></div><p>无论何时一个硬件中断到达处理器, 一个内部的计数器递增, 提供了一个方法来检查设备是否如希望地工作. 报告的中断显示在 /proc/interrupts. 下面的快照取自一个双处理器 Pentium 系统:</p><pre class="screen">root@montalcino:/bike/corbet/write/ldd3/src/short# m /proc/interrupts CPU0 CPU1 0: 4848108 34 IO-APIC-edge timer 2: 0 0 XT-PIC cascade 8: 3 1 IO-APIC-edge rtc 10: 4335 1 IO-APIC-level aic7xxx 11: 8903 0 IO-APIC-level uhci_hcd 12: 49 1 IO-APIC-edge i8042 NMI: 0 0 LOC: 4848187 4848186 ERR: 0 MIS: 0 </pre><p>第一列是 IRQ 号. 你能够从没有的 IRQ 中看到这个文件只显示对应已安装处理的中断. 例如, 第一个串口(使用中断号 4)没有显示, 指示 modem 没在使用. 事实上, 即便如果 modem 已更早使用了, 但是在这个快照时间没有使用, 它不会显示在这个文件中; 串口表现很好并且在设备关闭时释放它们的中断处理.</p><p>/proc/interrupts 的显示展示了有多少中断硬件递交给系统中的每个 CPU. 如同你可从输出看到的, Linux 内核常常在第一个 CPU 上处理中断, 作为一个使 cache 局部性最大化的方法.<sup>[<a name="id461370" href="#ftn.id461370">37</a>]</sup> 最后 2 列给出关于处理中断的可编程中断控制器的信息(驱动编写者不必关心), 以及已注册的中断处理的设备的名子(如同在给 request_irq 的参数 dev_name 中指定的).</p><p>/proc 树包含另一个中断有关的文件, /proc/stat; 有时你会发现一个文件更加有用并且有时你会喜欢另一个. /proc/stat 记录了几个关于系统活动的低级统计量, 包括(但是不限于)自系统启动以来收到的中断数. stat 的每一行以一个文本字串开始, 是该行的关键词; intr 标志是我们在找的. 下列(截短了)快照是在前一个后马上取得的:</p><pre class="screen">intr 5167833 5154006 2 0 2 4907 0 2 68 4 0 4406 9291 50 0 0 </pre><p>第一个数是所有中断的总数, 而其他每一个代表一个单个 IRQ 线, 从中断 0 开始. 所有的计数跨系统中所有处理器而汇总的. 这个快照显示, 中断号 4 已使用 4907 次, 尽管当前没有安装处理. 如果你在测试的驱动请求并释放中断在每个打开和关闭循环, 你可能发现 /proc/stat 比 /proc/interrupts 更加有用.</p><p>2 个文件的另一个不同是, 中断不是体系依赖的(也许, 除了末尾几行), 而 stat 是; 字段数依赖内核之下的硬件. 可用的中断数目少到在 SPARC 上的 15 个, 多到 IA-64 上的 256个, 并且其他几个系统都不同. 有趣的是要注意, 定义在 x86 中的中断数当前是 224, 不是你可能期望的 16; 如同在 include/asm-i386/irq.h 中解释的, 这依赖 Linux 使用体系的限制, 而不是一个特定实现的限制( 例如老式 PC 中断控制器的 16 个中断源).</p><p>下面是一个 /proc/interrupts 的快照, 取自一台 IA-64 系统. 如你所见, 除了不同硬件的通用中断源的路由, 输出非常类似于前面展示的 32-位 系统的输出.</p><pre class="screen"> CPU0 CPU1 27: 1705 34141 IO-SAPIC-level qla1280 40: 0 0 SAPIC perfmon 43: 913 6960 IO-SAPIC-level eth0 47: 26722 146 IO-SAPIC-level usb-uhci 64: 3 6 IO-SAPIC-edge ide0 80: 4 2 IO-SAPIC-edge keyboard 89: 0 0 IO-SAPIC-edge PS/2 Mouse 239: 5606341 5606052 SAPIC timer 254: 67575 52815 SAPIC IPI NMI: 0 0 ERR: 0 </pre></div><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="AutodetectingtheIRQNumber.sect"></a>10.2.2. 自动检测 IRQ 号</h3></div></div></div><p>驱动在初始化时最有挑战性的问题中的一个是如何决定设备要使用哪个 IRQ 线. 驱动需要信息来正确安装处理. 尽管程序员可用请求用户在加载时指定中断号, 这是个坏做法, 因为大部分时间用户不知道这个号, 要么因为他不配置跳线要么因为设备是无跳线的. 大部分用户希望他们的硬件"仅仅工作"并且不感兴趣如中断号的问题. 因此自动检测中断号是一个驱动可用性的基本需求.</p><p>有时自动探测依赖知道一些设备有很少改变的缺省动作的特性. 在这个情况下, 驱动可能假设缺省值适用. 这确切地就是 short 如何缺省对并口动作的. 实现是直接的, 如 short 自身显示的:</p><pre class="programlisting">if (short_irq < 0) /* not yet specified: force the default on */ switch(short_base) { case 0x378: short_irq = 7; break; case 0x278: short_irq = 2; break; case 0x3bc: short_irq = 5; break; } </pre><p>代码根据选择的 I/O 基地址赋值中断号, 而允许用户在加载时覆盖缺省值, 使用如:</p><pre class="screen">insmod ./short.ko irq=x short_base defaults to 0x378, so short_irq defaults to 7. </pre><p>有些设备设计得更高级并且简单地"宣布"它们要使用的中断. 在这个情况下, 驱动获取中断号通过从设备的一个 I/O 端口或者 PCI 配置空间读一个状态字节. 当目标设备是一个有能力告知驱动它要使用哪个中断的设备时, 自动探测中断号只是意味着探测设备, 探测中断没有其他工作要做. 幸运的是大部分现代硬件这样工作; 例如, PCI 标准解决了这个问题通过要求外设来声明它们要使用哪个中断线. PCI 标准在 12 章讨论.</p><p>不幸的是, 不是每个设备是对程序员友好的, 并且自动探测可能需要一些探测. 这个技术非常简单: 驱动告知设备产生中断并且观察发生了什么. 如果所有事情进展地好, 只有一个中断线被激活.</p><p>尽管探测在理论上简单的, 实际的实现可能不清晰. 我们看 2 种方法来进行这个任务: 调用内核定义的帮助函数和实现我们自己的版本.</p><div class="sect3" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a name="Kernelassistedprobing.sect"></a>10.2.2.1. 内核协助的探测</h4></div></div></div><p>Linux 内核提供了一个低级设施来探测中断号. 它只为非共享中断, 但是大部分能够在共享中断状态工作的硬件提供了更好的方法来尽量发现配置的中断号.这个设施包括 2 个函数, 在<linux/interrupt.h> 中声明( 也描述了探测机制 ).</p>⌨️ 快捷键说明
复制代码
Ctrl + C
搜索代码
Ctrl + F
全屏模式
F11
切换主题
Ctrl + Shift + D
显示快捷键
?
增大字号
Ctrl + =
减小字号
Ctrl + -