1. 中断的概念

中断是指在CPU正常运行期间，由于内外部事件或由程序预先安排的事件引起的 CPU 暂时停止正在运行的程序，转而为该内部或外部事件或预先安排的事件服务的程序中去，服务完毕后再返回去继续运行被暂时中断的程序。Linux中通常分为外部中断（又叫硬件中断）和内部中断（又叫异常）。

软件对硬件进行配置后，软件期望等待硬件的某种状态（比如，收到了数据），这里有两种方式，一种是轮询（polling）：CPU 不断的去读硬件状态。另一种是当硬件完成某种事件后，给 CPU 一个中断，让 CPU 停下手上的事情，去处理这个中断。很显然，中断的交互方式提高了系统的吞吐。

当 CPU 收到一个中断 （IRQ）的时候，会去执行该中断对应的处理函数（ISR）。普通情况下，会有一个中断向量表，向量表中定义了 CPU 对应的每一个外设资源的中断处理程序的入口，当发生对应的中断的时候， CPU 直接跳转到这个入口执行程序。也就是中断上下文。（注意：中断上下文中，不可阻塞睡眠）。

2. Linux 中断 top/bottom

玩过 MCU 的人都知道，中断服务程序的设计最好是快速完成任务并退出，因为此刻系统处于被中断中。但是在 ISR 中又有一些必须完成的事情，比如：清中断标志，读/写数据，寄存器操作等。

在 Linux 中，同样也是这个要求，希望尽快的完成 ISR。但事与愿违，有些 ISR 中任务繁重，会消耗很多时间，导致响应速度变差。Linux 中针对这种情况，将中断分为了两部分：

1. 上半部（top half）：收到一个中断，立即执行，有严格的时间限制，只做一些必要的工作，比如：应答，复位等。这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。

2. 底半部（bottom half）：能够被推迟到后面完成的任务会在底半部进行。在适合的时机，下半部会被开中断执行。

3. 中断处理程序

驱动程序可以使用接口：

像系统申请注册一个中断处理程序。

其中的参数：

中断标志 flag 的含义：

调用 request _irq 成功执行返回 0。常见错误是 -EBUSY，表示给定的中断线已经在使用（或者没有指定 IRQF_SHARED）

注意：request_irq函数可能引起睡眠，所以不允许在中断上下文或者不允许睡眠的代码中调用。

释放中断：

用于释放中断处理函数。

注意：Linux 中的中断处理程序是无须重入的。当给定的中断处理程序正在执行的时候，其中断线在所有的处理器上都会被屏蔽掉，以防在同一个中断线上又接收到另一个新的中断。通常情况下，除了该中断的其他中断都是打开的，也就是说其他的中断线上的重点都能够被处理，但是当前的中断线总是被禁止的，故，同一个中断处理程序是绝对不会被自己嵌套的。

4. 中断上下文

与进程上下文不一样，内核执行中断服务程序的时候，处于中断上下文。中断处理程序并没有自己的独立的栈，而是使用了内核栈，其大小一般是有限制的（32bit 机器 8KB）。所以其必须短小精悍。同时中断服务程序是打断了正常的程序流程，这一点上也必须保证快速的执行。同时中断上下文中是不允许睡眠，阻塞的。

中断上下文不能睡眠的原因是：

1、 中断处理的时候,不应该发生进程切换，因为在中断context中，唯一能打断当前中断handler的只有更高优先级的中断，它不会被进程打断，如果在 中断context中休眠，则没有办法唤醒它，因为所有的wake_up_xxx都是针对某个进程而言的，而在中断context中，没有进程的概念，没 有一个task_struct（这点对于softirq和tasklet一样），因此真的休眠了，比如调用了会导致block的例程，内核几乎肯定会死。

2、schedule()在切换进程时，保存当前的进程上下文（CPU寄存器的值、进程的状态以及堆栈中的内容），以便以后恢复此进程运行。中断发生后，内核会先保存当前被中断的进程上下文（在调用中断处理程序后恢复）；

但在中断处理程序里，CPU寄存器的值肯定已经变化了吧（最重要的程序计数器PC、堆栈SP等），如果此时因为睡眠或阻塞操作调用了schedule()，则保存的进程上下文就不是当前的进程context了.所以不可以在中断处理程序中调用schedule()。

3、内核中schedule()函数本身在进来的时候判断是否处于中断上下文:

if(unlikely(in_interrupt()))

BUG();

因此，强行调用schedule()的结果就是内核BUG。

4、中断handler会使用被中断的进程内核堆栈，但不会对它有任何影响，因为handler使用完后会完全清除它使用的那部分堆栈，恢复被中断前的原貌。

5、处于中断context时候，内核是不可抢占的。因此，如果休眠，则内核一定挂起。

5. 举例

比如 RTC 驱动程序 (drivers/char/rtc.c)。在 RTC 驱动的初始化阶段，会调用到 rtc_init 函数：

在这个初始化函数中调用到了 request_irq 用于申请中断资源，并注册服务程序：

RTC_IRQ 是中断号，和处理器绑定。

rtc_interrupt 是中断处理程序：

每次收到 RTC 中断，就会调用进这个函数。

【文章福利】小编推荐自己的Linux内核技术交流群:【749907784】整理了一些个人觉得比较好的学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！！！（含视频教程、电子书、实战项目及代码)  

零声白金VIP体验卡（含基础架构/高性能存储/golang/QT/音视频/Linux内核）课程：  

6. 中断处理流程

发生中断时，CPU执行异常向量vector_irq的代码， 即异常向量表中的中断异常的代码，它是一个跳转指令，跳去执行真正的中断处理程序，在vector_irq里面，最终会调用中断处理的总入口函数。

C 语言的入口为 ：asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)

该函数的入参 irq 为中断号。

asm_do_IRQ -> handle_IRQ

handle_IRQ -> __handle_domain_irq

这里请注意：

先调用了 irq_enter 标记进入了硬件中断：

irq_enter是更新一些系统的统计信息，同时在__irq_enter宏中禁止了进程的抢占。虽然在产生IRQ时，ARM会自动把CPSR中的I位置位，禁止新的IRQ请求，直到中断控制转到相应的流控层后才通过local_irq_enable()打开。那为何还要禁止抢占？这是因为要考虑中断嵌套的问题，一旦流控层或驱动程序主动通过local_irq_enable打开了IRQ，而此时该中断还没处理完成，新的irq请求到达，这时代码会再次进入irq_enter，在本次嵌套中断返回时，内核不希望进行抢占调度，而是要等到最外层的中断处理完成后才做出调度动作，所以才有了禁止抢占这一处理

再调用 generic_handle_irq

最后调用 irq_exit 删除进入硬件中断的标记

__handle_domain_irq -> generic_handle_irq

首先在函数irq_to_desc中根据发生中断的中断号，去取出它的 irq_desc 中断描述结构，然后调用 generic_handle_irq_desc：

这里调用了 handle_irq 函数。

所以，在上述流程中，还需要分析 irq_to_desc  流程：

NR_IRQS 是支持的总的中断个数，当然，irq 不能够大于这个数目。所以返回 irq_desc + irq。

irq_desc 是一个全局的数组：

这里是这个数组的初始化的地方。所有的 handle_irq 函数都被初始化成为了 handle_bad_irq。

细心的观众可能发现了，调用这个 desc->handle_irq(desc) 函数，并不是咱们注册进去的中断处理函数啊，因为两个函数的原型定义都不一样。这个 handle_irq 是 irq_flow_handler_t 类型，而我们注册进去的服务程序是 irq_handler_t，这两个明显不是同一个东西，所以这里我们还需要继续分析。

6.1 中断相关的数据结构

Linux 中断相关的数据结构有 3 个

irq_desc 结构如下

irqaction 结构如下：

irq_chip 描述如下：

irq_chip 是一串和芯片相关的函数指针，这里定义的非常的全面，基本上和 IRQ 相关的可能出现的操作都全部定义进去了，具体根据不同的芯片，需要在不同的芯片的地方去初始化这个结构，然后这个结构会嵌入到通用的 IRQ 处理软件中去使用，使得软件处理逻辑和芯片逻辑完全的分开。

好，我们接下来继续前进。

6.2 初始化 Chip 相关的 IRQ

众所周知，启动的时候，C 语言从 start_kernel 开始，在这里面，调用了和 machine 相关的 IRQ 的初始化 init_IRQ()：

在 init_IRQ 中，调用了machine_desc->init_irq()：

machine_desc->init_irq() 完成对中断控制器的初始化，为每个irq_desc结构安装合适的流控handler，为每个irq_desc结构安装irq_chip指针，使他指向正确的中断控制器所对应的irq_chip结构的实例，同时，如果该平台中的中断线有多路复用（多个中断公用一个irq中断线）的情况，还应该初始化irq_desc中相应的字段和标志，以便实现中断控制器的级联。

这里初始化的时候回调用到具体的芯片相关的中断初始化的地方。

例如：

而在这些里面，都回去调用类似于：

这些函数定义在 include/linux/irq.h 文件。是对芯片初始化的时候可见的 APIs，用于指定中断“流控”中的 ：

irq_flow_handler_t handle

也就是中断来的时候，最后那个函数调用。

中断流控函数，分几种，电平触发的中断，边沿触发的，等：

而在这些处理函数里，会去调用到 ：handle_irq_event

比如：

而这个 handle_irq_event 则是调用了处理，handle_irq_event_percpu：

handle_irq_event_percpu->__handle_irq_event_percpu-> 【action->handler()】

这里终于看到了调用 的地方了，就是咱们通过 request_irq 注册进去的函数

7. /proc/interrupts

这个 proc 下放置了对应中断号的中断次数和对应的 dev-name。

原文作者：【一起学嵌入式】