📚 课程目录第3章中断上半部(硬中断)

3. 中断上半部(硬中断)：注册中断处理函数、中断标志与中断分类

中断上半部（硬中断）是 Linux 内核响应外部设备事件的最快路径。当 CPU 接收到中断信号后，内核会立即执行注册在对应中断号上的处理函数。本节将深入讲解中断处理函数的注册机制、关键中断标志位的含义，以及快速中断与慢速中断的设计差异。

3.1 注册中断处理函数：request_irq

request_irq 是驱动开发者向内核注册中断处理函数的核心 API。该函数将中断号、处理函数指针、中断标志、设备名称和设备上下文绑定在一起，形成一条中断描述符记录。

函数原型：

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

参数	类型	说明
`irq`	`unsigned int`	中断号，由硬件平台或设备树指定
`handler`	`irq_handler_t`	中断处理函数指针，返回 `irqreturn_t`
`flags`	`unsigned long`	中断标志位，控制中断行为特性
`name`	`const char *`	设备名称，用于 `/proc/interrupts` 显示
`dev`	`void *`	设备标识，共享中断时用于区分设备

典型注册示例：

static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    /* 快速处理硬件事件 */
    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init my_driver_init(void)
{
    int ret;
    ret = request_irq(IRQ_GPIO_A, my_irq_handler,
                      IRQF_TRIGGER_RISING,
                      "my_gpio_dev", &my_device);
    if (ret) {
        pr_err("Failed to register IRQ %d\n", IRQ_GPIO_A);
        return ret;
    }
    return 0;
}

3.2 中断标志位详解

中断标志位 flags 决定了中断处理函数的行为模式。Linux 内核在 <linux/interrupt.h> 中定义了丰富的标志位，开发者需要根据硬件特性和系统需求组合使用。

标志位	值	作用
`IRQF_SHARED`	0x00000001	允许多个设备共享同一中断线
`IRQF_TRIGGER_RISING`	0x00000002	上升沿触发
`IRQF_TRIGGER_FALLING`	0x00000004	下降沿触发
`IRQF_TRIGGER_HIGH`	0x00000008	高电平触发
`IRQF_TRIGGER_LOW`	0x00000010	低电平触发
`IRQF_ONESHOT`	0x00000020	中断处理期间屏蔽该中断线，处理完再重新使能
`IRQF_NO_SUSPEND`	0x00000040	系统休眠时不关闭该中断
`IRQF_FORCE_RESUME`	0x00000080	系统唤醒时强制重新使能中断
`IRQF_NO_THREAD`	0x00000100	禁止将中断处理函数线程化
`IRQF_EARLY_RESUME`	0x00000200	在早期恢复阶段重新使能中断

共享中断使用要点：

所有共享同一中断线的设备必须都设置 IRQF_SHARED 标志。
中断处理函数必须检查 dev_id 参数，确认中断是否来自本设备。
共享中断线不支持边沿触发模式，必须使用电平触发。

3.3 快速中断与慢速中断

Linux 内核将中断处理函数分为快速中断和慢速中断两类，这种分类决定了中断处理期间 CPU 的行为模式。

特性	快速中断	慢速中断
标志位	`IRQF_DISABLED`（旧内核）	默认（无特殊标志）
中断屏蔽	执行期间关闭本地 CPU 中断	执行期间保持中断使能
可抢占性	不可被其他中断抢占	可被更高优先级中断抢占
执行时间	极短（微秒级）	可稍长（毫秒级）
适用场景	清除硬件状态、读取寄存器	数据拷贝、简单协议处理
实时性	高，延迟确定	较低，可能被嵌套中断延迟

内核版本演进说明：

在 Linux 2.6 早期内核中，快速中断通过 SA_INTERRUPT 标志设置。从 2.6.24 开始，IRQF_DISABLED 成为默认行为，所有中断处理函数都在关闭本地中断的情况下执行。现代内核（4.x+）中，中断线程化机制进一步改变了中断处理模型，但硬中断上半部仍然保持快速响应的特性。

3.4 中断处理函数返回值

中断处理函数必须返回 irqreturn_t 类型值，告知内核中断处理结果。

返回值	含义
`IRQ_NONE`	中断不是本设备产生的，共享中断时使用
`IRQ_HANDLED`	中断已被正确处理
`IRQ_WAKE_THREAD`	唤醒中断线程化处理函数（配合 `request_threaded_irq`）

共享中断处理函数模板：

static irqreturn_t shared_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct my_device *dev = (struct my_device *)dev_id;

    /* 检查中断是否来自本设备 */
    if (!(readl(dev->reg_base + INT_STATUS) & dev->int_mask)) {
        return IRQ_NONE;  /* 不是本设备的中断 */
    }

    /* 清除中断标志 */
    writel(dev->int_mask, dev->reg_base + INT_CLEAR);

    /* 处理硬件事件 */
    dev->event_count++;

    return IRQ_HANDLED;
}

3.5 中断注册的常见错误与调试

中断号无效：使用 platform_get_irq 或 gpio_to_irq 动态获取中断号，避免硬编码。
共享中断未设置 IRQF_SHARED：多个设备共用中断线时，必须全部设置该标志。
中断处理函数耗时过长：硬中断中不应执行耗时操作，应使用 tasklet 或工作队列推迟处理。
忘记释放中断：驱动卸载时调用 free_irq(irq, dev_id) 释放中断资源。

调试技巧：

查看 /proc/interrupts 确认中断注册情况和触发次数。
使用 cat /proc/irq/{irq_num}/smp_affinity 查看中断 CPU 亲和性。
内核启动参数 irqdebug 可开启中断调试信息。