嵌入式Linux学习: interrupt实验

Linux中的Interrupt（中断）系统是一个至关重要的组成部分，它负责管理和处理系统中发生的各种硬件和软件中断，确保系统能够正确响应外部设备的请求，保持系统的稳定性和可靠性。

1.中断的作用

• 允许设备在没有CPU干预的情况下发送信号并请求处理。
• 提高系统的并发处理能力，使CPU能够同时处理多个任务。
• 确保系统能够及时响应外部设备的请求，保证系统的实时性和稳定性。

2. Linux中断子系统的组成与工作流程

• 中断控制器：负责收集所有中断源发起的中断，并对中断进行初步处理，如优先级排序、中断分发等。
• 中断处理函数：每个中断都会对应一个或多个中断处理函数，当中断发生时，CPU会暂停当前任务，跳转到相应的中断处理函数执行。
• 中断描述符（irq_desc）：用于描述IRQ（Interrupt Request，中断请求）线的属性与状态，是中断子系统中的重要数据结构。
• 中断芯片（irq_chip）：描述不同类型的中断控制器，提供与硬件中断控制器交互的接口。

3.特殊中断类型

• SGI（Software Generated Interrupt）：软件触发的中断，一般用于核间通信。
• PPI（Private Peripheral Interrupt）：私有外设中断，每个核心私有的中断。
• SPI（Shared Peripheral Interrupt）：共享外设中断，可以分发到某一个CPU上。
• LPI（Locality-specific Peripheral Interrupt）：GICv3中的新特性，基于消息的中断。

4. Linux 中断 API 函数

request_irq 函数

在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的，request_irq 函数用于申请中断，request_irq
函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用 request_irq 函
数。 request_irq 函数会激活(使能)中断，所以不需要我们手动去使能中断， request_irq 函数原型
如下：

int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long flags,const char *name,void *dev)
/* irq：要申请中断的中断号。handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。flags：中断标志，可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。dev： 如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话， dev 用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体， dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。返回值： 0 中断申请成功，其他负值 中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经被申请了。*/

flags中断标志介绍如下:

| 标志               | 描述                                                       			  |  
|--------------------|--------------------------------------------------------------|  
| IRQF_SHARED        | 允许多个设备共享同一个中断线，所有共享中断都需指定此标志，dev 参数为唯一区分标志         |  
| IRQF_PROBE_SHARED  | 类似IRQF_SHARED，但用于自动探测共享中断。不推荐使用              |  
| IRQF_TIMER         | 这是一个定时器中断                                              |  
| IRQF_IRQPOLL       | 驱动程序应使用慢速中断轮询                                      |  
| IRQF_ONESHOT       | 如果是共享中断，request_irq的dev参数应唯一，用于区分中断请求     |  
| IRQF_NO_SUSPEND    | 禁止在挂起期间禁用此中断                                       |  
| IRQF_FORCE_RESUME  | 强制在设备唤醒时重新启用中断，即使它被标记为IRQF_NO_SUSPEND      |  
| IRQF_NOBALANCING   | 不允许在CPU之间平衡此中断                                     |  
| IRQF_IRQ_DISABLED  | 中断被禁用（用于特殊目的的中断初始化）                         |  
| IRQF_PERCPU        | 中断是每CPU的（不支持共享）                                   |  
| IRQF_NO_THREAD     | 不要为中断创建线程（也称为“bottom half”）                     |  
| IRQF_EARLY_RESUME  | 允许在suspend-to-idle期间尽早恢复中断（与IRQF_NO_SUSPEND相关）   |  
| IRQF_TRIGGER_NONE  | 没有触发事件                                                 |  
| IRQF_TRIGGER_RISING | 上升沿触发                                                   |  
| IRQF_TRIGGER_FALLING| 下降沿触发                                                   |  
| IRQF_TRIGGER_HIGH  | 高电平触发                                                   |  
| IRQF_TRIGGER_LOW   | 低电平触发                                                   |  
| IRQF_TRIGGER_MASK  | 触发类型掩码（用于清除触发类型标志）                           |

free_irq 函数

使用中断的时候需要通过 request_irq 函数申请，使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放
掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。

void free_irq(unsigned int irq,void *dev)
/*irq： 要释放的中断。dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。返回值：无。
*/

5.interrupt子系统实验

注：本实验使用的是韦东山I.MX6U开发板

dts文件

/dts-v1/;
/{gpio_keys_100ask_imx6ull{compatible = "100ask,gpio_keys";gpios = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_LOW&gpio4 14 GPIO_ACTIVE_LOW>;pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&key1_pinctrl&key2_pinctrl>;status = "okay";};
};
&iomuxc_snvs {key1_pinctrl: key1_pinctrl {        /*!< Function assigned for the core: Cortex-A7[ca7] */fsl,pins = <MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01        0x000110A0>;};
};&iomuxc {key2_pinctrl: key2_pinctrl {       /*!< Function assigned for the core: Cortex-A7[ca7] */fsl,pins = <MX6UL_PAD_NAND_CE1_B__GPIO4_IO14           0x000010B0>;};
}

100ask_imx6ull-14x14.dts 完成编写后，在(内核目录)编译dts文件

book@100ask:~/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88$ make dtbs

将编译好的dtb文件拷贝到网络文件系统中

cp /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88/arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb ~/nfs_rootfs/

#include "asm-generic/errno-base.h"
#include "asm-generic/int-ll64.h"
#include "asm/gpio.h"
#include "linux/compiler.h"
#include "linux/err.h"
#include "linux/export.h"
#include "linux/gpio/consumer.h"
#include "linux/interrupt.h"
#include "linux/ioport.h"
#include "linux/kdev_t.h"
#include "linux/leds.h"
#include "linux/of.h"
#include "linux/printk.h"
#include "linux/slab.h"
#include "linux/stddef.h"
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>struct gpio_key{int gpio;enum of_gpio_flags flags;int irq;
};static struct gpio_key *gpio_keys;static irqreturn_t gpio_keys_100ask_irq(int irq, void *dev_id)
{struct gpio_key *gpio_key = dev_id;printk("key %d val %d\n", irq,gpio_get_value(gpio_key->gpio));return IRQ_HANDLED;
}/*   当驱动与设备连匹配成功时执行此函数   */
static int keys_probe (struct platform_device *pdv){int count,i,err;int gpio,irq;enum of_gpio_flags flags;struct device_node *node = pdv->dev.of_node;count = of_gpio_count(node); // 得到设备所使用的GPIO个数gpio_keys = kzalloc(count * sizeof(struct gpio_key), GFP_KERNEL);for(i = 0; i < count; i++){gpio = of_get_gpio_flags(node,i,&flags);irq = gpio_to_irq(gpio);gpio_keys[i].gpio = gpio;gpio_keys[i].irq = irq;gpio_keys[i].flags = flags;err = request_irq(irq, gpio_keys_100ask_irq, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys[i]);if(err != 0){dev_err(&pdv->dev, "Could not get irq %d.\n", irq);}}return 0;
}static int keys_remove (struct platform_device *pdv)
{int i;for(i = 0; i < of_gpio_count(pdv->dev.of_node); i++){free_irq(gpio_keys[i].irq, &gpio_keys[i]);}kfree(gpio_keys);return 0;
}static struct of_device_id keys_match[] = {{.compatible = "100ask,gpio_keys"},{},
};static struct platform_driver keys_driver = {.probe = keys_probe,.remove = keys_remove,.driver = {.name = "key_driver",.of_match_table = of_match_ptr(keys_match),},
};static int __init keys_init(void)
{return platform_driver_register(&keys_driver);
}static void __exit keys_exit(void)
{platform_driver_unregister(&keys_driver);
}module_init(keys_init);
module_exit(keys_exit);MODULE_AUTHOR("Pumpk1n");
MODULE_LICENSE("GPL");

KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88obj-m += keys_int_driver.oall: $(MAKE) -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modulesclean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.order

执行命令: make

编译 keys_int_driver.c文件为 keys_int_driver.ko内核模块文件

拷贝文件到网络文件系统中

cp keys_int_driver.ko ~/nfs_rootfs/

串口连接开发板

挂载到网络文件系统中

[root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt

将/mnt/100ask_imx6ull-14x14.dtb文件复制到/boot/下面

[root@100ask:~]# cp /mnt/100ask_imx6ull-14x14.dtb /boot/

重启开发板，等待重启完成后重新挂载网络文件系统中

[root@100ask:~]# reboot
[root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt

进入到/mnt/目录中，并向内核加载模块文件keys_int_driver.ko

[root@100ask:~]# cd /mnt
[root@100ask:mnt]# insmod keys_int_driver.ko

设置内核消息的打印

echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

按下按键key1，key2可分别在控制台打印消息

遇到的错误:

genirq: Flags mismatch irq 208. 00000003 (100ask_gpio_key) vs. 00000083 (User1 Button)

解决办法:

If you want to use the same irq number to register different interrupt handler, please use IRQ_SHARED flags.

 err = request_irq(irq, gpio_keys_100ask_irq, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED, "100ask_gpio_key", &gpio_keys[i]);