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在Linux中用内核编程来中断处理程序

发布时间:2006-11-20 09:29:23来源:红联作者:hlMiracle
  中断处理程序

  除最后一章外,目前我们在内核中所做的事情就是响应一个进程的请求,可能通过处理一个特殊文件、发送一个ioctl或进行一个系统调用。但是内核的工作不只是响应进程请求,另一个也是很重要的工作是向连接到机器的硬件发布命令或消息。

  CPU和其他硬件的交互有两种。第一种是CPU给硬件发命令。另一种是硬件需要告诉CPU一些东西。第二种交互叫做中断,它很难实现,因为它需要处理硬件,而不是CPU。硬件设备通常由一个非常小的ram,而如果你不在这个ram中的信息可用时把它们读出,它们就会丢失。

  在Linux下,硬件中断叫做IRQ(Interrupt Requests的缩写)。有两种IRQ,短类型和长类型。短IRQ需要很短的时间,在此期间机器的其他部分被锁定,而且没有其他中断被处理。一个长IRQ需要较长的时间,在此期间可能发生其他中断(但不是发自同一个设备)。如果可能的话,最好把一个中段声明为长类型。

  如果CPU接到一个中断,它就会停止一切工作(除非它正在处理一个更重要的中断,在这种情况下要等到更重要的中断处理结束后才会处理这个中断),把相关的参数存储到栈里,然后调用中断处理程序。这意味着在中断处理程序本身中有些事情是不允许的,因为这时系统处在一个未知状态。解决这个问题的方法是让中断处理程序做需要马上做的事,通常是从硬件读取信息或给硬件发送信息,然后把对新信息的处理调度到以后去做(这叫做半底),返回。内核确保尽快调用半底,而当调用时,任何允许在内核模块中做的事情就都可以做了。

  实现的方法是在接到相关的IRQ(在Intel平台上有16个IRQ)时调用中断处理程序。这个函数接到IRQ号码、函数名、标志、一个/proc/interrupts的名字和传给中断处理程序的一个参数。标志中可以包括SA_SHIRQ来表明你希望和其他处理程序共享此IRQ(通常很多设备公用一个IRQ),或者一个SA_INTERRUPT表明这是一个紧急中断。这个函数仅在此IRQ没有其他处理程序或需要共享所有处理程序时才会成功运行。

  那么,有了中断处理程序,我们就可以和硬件通信,并且可以使用queue_task_irq和tq_immediate和mark_bh(BH_IMMEDIATE)来调度半底。在2.0版本中不能使用标准queue_task的原因是中断可能发生在某个queue_task的中间。我们需要mark_bh是因为早期的Linux版本只有一个长度为32的半底队列。现在它们中的一个(BH_IMMEDIATE)用于那些没有得到分配给它们的半底入口的驱动程序的半底链表。
文章评论

共有 1 条评论

  1. hlMiracle 于 2006-11-20 09:29:59发表:

      Intel 结构上的键盘

      注意:本章下面的内容都是完全针对Intel结构。如果你不是在Intel平台上的话,程序就不能工作,也不没有必要试图编译。

      在写本章例子中的程序的时候我遇到一个问题。一方面,作为一个有用的例子它需要在每个人的机器上运行,得到正确的结果。另一方面,内核已经包含了所有普通设备的驱动程序,这些驱动程序和我要写的代码不一定能够共存。我找到的方法是给键盘中断写点东西,并且首先使正常的键盘中断无效。因为在内核源文件(drivers/char/keyboard.c)里它是作为一个静态符号被定义的,没有办法恢复它。在insmod这段代码前,在另一个终端sleep 120上做一次,如果要评估文件 系统的话,需要reboot。

      这段代码把它自己绑定到IRQ1上,在Interl结构下这是键盘控制的IRQ。然后,当它接到一个键盘中断时,读出键盘的状态(这是inb(0x64)的目的)和由键盘返回的扫描码。然后,只要内核认为可以时,它就运行got_char给出键的编码(扫描码的前7位)和是否被按下的信息(如果第8位是0则表示按下,是1表示释放)。

    引用:
    ex intrpt.c

    /* intrpt.c - An interrupt handler. */


    /* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz */



    /* The necessary header files */

    /* Standard in kernel modules */
    #include /* Were doing kernel work */
    #include /* Specifically, a module */

    /* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
    #if CONFIG_MODVERSIONS==1
    #define MODVERSIONS
    #include
    #endif

    #include
    #include

    /* We want an interrupt */
    #include

    #include


    /* In 2.2.3 /usr/include/linux/version.h includes a
    * macro for this, but 2.0.35 doesnt - so I add it
    * here if necessary. */
    #ifndef KERNEL_VERSION
    #define KERNEL_VERSION(a,b,c) ((a)*65536+(b)*256+(c))
    #endif



    /* Bottom Half - this will get called by the kernel
    * as soon as its safe to do everything normally
    * allowed by kernel modules. */
    static void got_char(void *scancode)
    {
    printk(""Scan Code %x %s. "",
    (int) *((char *) scancode) & 0x7F,
    *((char *) scancode) & 0x80 ? ""Released"" : ""Pressed"");
    }


    /* This function services keyboard interrupts. It reads
    * the relevant information from the keyboard and then
    * scheduales the bottom half to run when the kernel
    * considers it safe. */
    void irq_handler(int irq,
    void *dev_id,
    struct pt_regs *regs)
    {
    /* This variables are static because they need to be
    * accessible (through pointers) to the bottom
    * half routine. */
    static unsigned char scancode;
    static struct tq_struct task =
    {NULL, 0, got_char, &scancode};
    unsigned char status;

    /* Read keyboard status */
    status = inb(0x64);
    scancode = inb(0x60);

    /* Scheduale bottom half to run */
    #if LINUX_VERSION_CODE > KERNEL_VERSION(2,2,0)
    queue_task(&task, &tq_immediate);
    #else
    queue_task_irq(&task, &tq_immediate);
    #endif
    mark_bh(IMMEDIATE_BH);
    }



    /* Initialize the module - register the IRQ handler */
    int init_module()
    {
    /* Since the keyboard handler wont co-exist with
    * another handler, such as us, we have to disable
    * it (free its IRQ) before we do anything. Since we
    * dont know where it is, theres no way to
    * reinstate it later - so the computer will have to
    * be rebooted when were done.
    */
    free_irq(1, NULL);

    /* Request IRQ 1, the keyboard IRQ, to go to our
    * irq_handler. */
    return request_irq(
    1, /* The number of the keyboard IRQ on PCs */
    irq_handler, /* our handler */
    SA_SHIRQ,
    /* SA_SHIRQ means were willing to have othe
    * handlers on this IRQ.
    *
    * SA_INTERRUPT can be used to make the
    * handler into a fast interrupt.
    */
    ""test_keyboard_irq_handler"", NULL);
    }


    /* Cleanup */
    void cleanup_module()
    {
    /* This is only here for completeness. Its totally
    * irrelevant, since we dont have a way to restore
    * the normal keyboard interrupt so the computer
    * is completely useless and has to be rebooted. */
    free_irq(1, NULL);
    }