本文以Linux中斷子系統(tǒng)架構為視角，旨在提供一個對Linux中斷系統(tǒng)的全局認識，不涉及具體實現(xiàn)細節(jié)。

一、Linux中斷子系統(tǒng)架構

在Linux中斷子系統(tǒng)(generic irq)出現(xiàn)之前，內核使用__do_IRQ處理所有的中斷，這意味著__do_IRQ中要處理各種類型的中斷，這會導致軟件的復雜性增加，層次不分明，而且代碼的可重用性也不好。通用中斷子系統(tǒng)的原型最初出現(xiàn)于ARM體系中，一開始內核的開發(fā)者們把3種中斷類型區(qū)分出來(電平中斷、邊緣中斷、簡易中斷)，后來又針對某些需要回應eoi(end of interrupt)的中斷控制器，加入了fast eoi type，針對smp加入了per cpu type。把這些不同的中斷類型抽象出來后，成為了中斷子系統(tǒng)的流控層。要使所有的體系架構都可以重用這部分的代碼，中斷控制器也被進一步地封裝起來，形成了中斷子系統(tǒng)中的芯片級硬件封裝層。

二、芯片級硬件封裝層

中斷系統(tǒng)與CPU硬件關系密切，linux系統(tǒng)為了兼容各種型號的CPU，提供了對于各種CPU的特性及其中斷控制器的底層封裝，這樣就可以把底層的硬件實現(xiàn)盡可能地隱藏起來，使得驅動程序的開發(fā)人員不用關注底層的實現(xiàn)。該部分主要工作是：

• 實現(xiàn)不同CPU的中斷入口，初始化中斷向量表，該部分通常由匯編實現(xiàn)。
• 對中斷控制器實現(xiàn)軟件抽象(struct irq_chip)，源碼路徑如：” arch/arm/plat-s3c24xx/irq.c”

該部分初始化過程中，系統(tǒng)根據(jù)設備使用的中斷控制器的類型，實現(xiàn)irq_chip結構中的接口，并把該irq_chip實例注冊到irq_desc.irq_data.chip字段中，這樣各個irq和中斷控制器就進行了關聯(lián)，只要知道irq編號，即可得到對應到irq_desc結構，進而可以通過chip指針訪問中斷控制器。 其初始化流程如下圖所示：

三、中斷流控層

由linux內核提供，所謂中斷流控是指合理并正確地處理連續(xù)發(fā)生的中斷，比如一個中斷在處理中，同一個中斷再次到達時如何處理，何時應該屏蔽中斷，何時打開中斷，何時回應中斷控制器等一系列的操作。該層實現(xiàn)了與體系和硬件無關的中斷流控處理操作，它針對不同的中斷電氣類型(level，edge......)，實現(xiàn)了對應的標準中斷流控處理函數(shù)，在這些處理函數(shù)中，最終會把中斷控制權傳遞到驅動程序注冊中斷時傳入的處理函數(shù)或者是中斷線程中。

目前的通用中斷子系統(tǒng)實現(xiàn)了以下這些標準流控回調函數(shù)，這些函數(shù)都定義在：”kernel/irq/chip.c”中，

handle_simple_irq 用于簡易流控處理;

handle_level_irq 用于電平觸發(fā)中斷的流控處理;

handle_edge_irq 用于邊沿觸發(fā)中斷的流控處理;

handle_fasteoi_irq 用于需要響應eoi的中斷控制器;

handle_percpu_irq 用于只在單一cpu響應的中斷;

handle_nested_irq 用于處理使用線程的嵌套中斷;

以下這個序列圖展示了整個通用中斷子系統(tǒng)的中斷響應過程，flow_handle一欄就是中斷流控層的生命周期：

四、中斷驅動接口層

由linux內核提供，驅動程序的開發(fā)者通常只會使用到這一層提供的這些接口即可完成驅動程序的開發(fā)工作，其他的細節(jié)都由另外幾個軟件層較好地“隱藏”起來了，驅動程序開發(fā)者無需再關注底層的實現(xiàn)。該部分向驅動程序提供的一系列的編程，用于向系統(tǒng)申請/釋放中斷，打開/關閉中斷，設置中斷類型和中斷喚醒系統(tǒng)的特性等操作。常用的一些接口如：

• l request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,

unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)

用來向Linux申請中斷。

irq是要申請的硬件中斷號。

handler是向系統(tǒng)注冊的中斷處理函數(shù)。

irqflags是中斷處理的屬性，一般用來指定相應的中斷流控。

devname設置中斷名稱，通常是在cat /proc/interrupts中可以看到此名稱。

dev_id在中斷共享時會用到，一般設置為這個設備的設備結構體或者NULL。

• enable_irq(unsigned int irq)

用來打開中斷。

• disable_irq(unsigned int irq)

用來關閉中斷。

• irq_set_chip(irq, *chip)

設置中斷控制器

• irq_set_handler(irq,handle)

設置中斷流控

中斷子系統(tǒng)內部定義了幾個重要的數(shù)據(jù)結構，這些數(shù)據(jù)結構的各個字段控制或影響著中斷子系統(tǒng)和各個irq的行為和實現(xiàn)方式。例如：irq_desc，irq_chip，irq_data，irqaction，等等。其中 irq_desc[NR_IRQS]數(shù)組是linux內核中用于維護IRQ資源的管理單元，它記錄了某IRQ號對應的流控處理函數(shù)，中斷控制器、中斷服務程序、IRQ自身的屬性、資源等，是內核中斷子系統(tǒng)的一個核心數(shù)組，中斷驅動接口“request_irq()”就是通過修改該數(shù)組以實現(xiàn)中斷的注冊。

五、中斷驅動程序設計

有了前幾層所做的貢獻，使得我們進行l(wèi)inux中斷驅動設計變得異常簡單。一般情況下，我們只需要使用”request_irq”函數(shù)向內核注冊相應的中斷號及其中斷服務程序，然后調用“enable_irq”“disable_irq”開開或關閉中斷即可。其流程如下圖所示：

六、中斷服務程序設計

當CPU收到中斷，就會執(zhí)行相應中斷服務程序，我們知道CPU在執(zhí)行中斷服務程序時是不能執(zhí)行其他程序的，甚至此時CPU不能響應某些優(yōu)先級比它低的中斷，如果CPU一直長時間執(zhí)行某個中斷服務程序，勢必影響系統(tǒng)的響應速度，降低了系統(tǒng)性能。為此Linux中斷子系統(tǒng)將中斷分為了中斷上文和中斷下文，中斷上文用來執(zhí)行一些緊迫的程序，中斷下文用來執(zhí)行一些不緊急的可延后執(zhí)行的程序。Linux提供了三種機制來處理中斷下文：Soft irq(軟中斷)、Tasklet、work_queue(工作隊列)。

Ø 軟中斷

Ø Tasklet

Ø Work_queue