Linux中断处理与中断驱动开发

# 1. 简介

### 1.1 Linux中断处理的概念

在Linux系统中，中断是一种硬件或软件事件，可以打破CPU的正常执行流程，以便让系统能够及时响应外部设备或异常情况。中断可以分为外部中断和内部中断，其中外部中断来自硬件设备，而内部中断通常是由软件生成的异常事件。

### 1.2 中断驱动开发的重要性

中断驱动开发是嵌入式系统和设备驱动开发中非常重要的一部分，它需要开发者深入理解硬件设备的中断机制，并编写相应的中断处理程序。合理高效的中断处理程序可以有效提高系统性能和稳定性，同时也能提供更好的设备驱动支持。

在接下来的章节中，我们将深入探讨Linux中断处理机制和中断驱动开发的基础与进阶内容。

# 2. Linux中断处理机制

在Linux系统中，中断是一种能够立即中断CPU正常程序执行，引起操作系统内核处理的事件。中断处理机制允许外部设备向CPU发出信号，通知其需要处理某些事件，如数据传输完成、设备故障等。Linux中断处理机制是系统中非常重要且复杂的一部分，理解它对于进行中断驱动开发至关重要。

#### 2.1 中断的分类与优先级

在Linux系统中，中断可以分为硬件中断和软件中断。硬件中断由外部设备发出，而软件中断则由CPU内部产生。硬件中断按优先级分为IRQ（中断请求），每个IRQ都对应特定的外部设备，而软件中断则按照类型分为系统调用、时钟中断等。Linux内核为不同类型的中断设置了不同的优先级，以确保关键中断能够优先得到处理。

#### 2.2 中断请求（IRQ）与中断控制器

中断请求（IRQ）是硬件中断的一种表示，通过IRQ，外部设备能够请求CPU进行中断处理。在多设备系统中，通常会使用中断控制器来管理IRQ，通过中断控制器，CPU能够正确地识别、分配和处理各个外部设备发出的中断请求。

#### 2.3 中断处理程序的执行流程

当外部设备发出中断请求后，CPU会立即响应中断，暂停当前任务的执行，转而执行与中断相关的中断处理程序。中断处理程序会在内核态下执行，它会采取一系列操作来响应、处理并清除中断，然后恢复中断前的工作状态，继续执行之前被中断的程序。

以上是对Linux中断处理机制的简要介绍，接下来将进一步探讨中断驱动开发的基础知识。

# 3. 中断驱动开发基础

中断驱动开发是嵌入式系统开发中的重要组成部分，它可以有效地提高系统的实时性和并发处理能力。在Linux内核中，中断处理程序负责响应硬件设备的中断信号，并进行相应的处理。本节将深入探讨中断驱动开发的基础知识，包括中断处理程序的注册与注销、中断处理程序的编写与调试等内容。

#### 3.1 中断处理程序的注册与注销

在Linux内核中，中断处理程序的注册与注销是中断驱动开发的基础，它们通常由设备驱动程序来实现。中断处理程序的注册使用`request_irq()`函数，其原型定义如下：

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
                const char *name, void *dev);

- `irq`：表示中断号，即硬件中断信号的编号。
- `handler`：是中断处理函数的指针，用于处理特定中断的回调函数。
- `flags`：表示中断处理的属性标志，如`IRQF_SHARED`，`IRQF_TRIGGER_RISING`等。
- `name`：是中断处理程序的名称，用于在/sys目录下的irq目录中创建相应文件。
- `dev`：是一个指向设备数据结构的指针，用于传递给中断处理函数。

而中断处理程序的注销则使用`free_irq()`函数，其原型定义如下：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev);

- `irq`：表示中断号，即要注销的中断信号的编号。
- `dev`：指向设备数据结构的指针，用于与注册时传递的设备数据结构相对应。