3. Linux中断子系统：中断注册API、中断处理函数与中断上下文

中断处理，说白了就是CPU被硬件“打断”后怎么响应。很多初学者觉得中断就是写个函数挂上去，其实里面的门道不少。我刚开始做驱动时，就因为没搞懂上半部和下半部的区别，导致系统卡死，最后查了三天才找到原因。

这一节，我们重点讲三个东西：怎么注册中断、中断处理函数怎么写、以及中断上下文里能干什么不能干什么。

3.1 中断注册API：request_irq 与 devm_request_irq

注册中断，最常用的就是 request_irq。它的原型长这样：

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

参数不多，但每个都很关键：

devm_request_irq 的用法几乎一样：

int devm_request_irq(struct device *dev, 
                     unsigned int irq,
                     irq_handler_t handler,
                     unsigned long flags,
                     const char *name, 
                     void *dev_id);

唯一的区别是多了一个 struct device *dev 参数。内核通过这个设备指针来管理中断的生命周期。

3.2 中断处理函数：上半部与下半部

中断处理函数分两部分，这是Linux中断子系统的核心设计思想。为什么要分？因为中断上下文里不能睡眠，不能做耗时操作。你想想看，如果中断处理函数里做个复杂的计算或者等待I/O，整个系统都会被拖死。

上半部（Top Half）：在中断上下文中立即执行，要求快速完成。通常只做最紧急的事：

• 清除中断标志
• 保存硬件状态
• 调度下半部

下半部（Bottom Half）：稍后执行，可以做耗时操作。Linux提供了三种下半部机制：

来看一个典型的例子：

/* 上半部：中断处理函数 */
static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct my_device *dev = (struct my_device *)dev_id;
    
    /* 1. 清除中断标志 */
    writel(0x01, dev->regs + INT_CLEAR);
    
    /* 2. 保存关键状态 */
    dev->status = readl(dev->regs + INT_STATUS);
    
    /* 3. 调度下半部 */
    tasklet_schedule(&dev->tasklet);
    
    return IRQ_HANDLED;
}

/* 下半部：Tasklet处理函数 */
static void my_tasklet_handler(unsigned long data)
{
    struct my_device *dev = (struct my_device *)data;
    
    /* 这里可以做耗时操作 */
    process_data(dev);
    wake_up_interruptible(&dev->wait_queue);
}

3.3 中断上下文：能做什么，不能做什么

中断上下文，说白了就是CPU正在执行中断处理函数时的状态。这个状态下，内核有很多限制。我刚开始做驱动时，在中断处理函数里调用了 msleep，结果系统直接死锁。

中断上下文中的“禁区”：

• 不能睡眠：不能调用 msleep、wait_event、mutex_lock 等可能导致睡眠的函数
• 不能访问用户空间：不能使用 copy_from_user、copy_to_user
• 不能持有互斥锁：只能使用自旋锁（spinlock）
• 不能做复杂的计算：时间太长会影响系统响应

中断上下文中“可以”做的事：

• 读写硬件寄存器
• 操作自旋锁保护的共享数据
• 调度下半部（tasklet、工作队列）
• 唤醒等待队列（wake_up）

3.4 知识结构总览

下面这张图把中断子系统的核心脉络画出来了，建议你保存下来对照学习：

3.5 实战建议

最后，分享几个我在项目中积累的经验：

1. 注册中断前先确认中断号：用 cat /proc/interrupts 查看系统中已注册的中断，避免冲突。
2. 共享中断要小心：使用 IRQF_SHARED 标志时，dev_id 参数不能为 NULL，否则无法区分是哪个设备触发了中断。
3. 上半部越短越好：我一般要求上半部不超过50条指令，超过的就扔到下半部去。
4. 调试时用 tracepoint：别在中断处理函数里加 printk，用 trace_irq_handler_entry 和 trace_irq_handler_exit 更安全。