Linux 中断注册的核心机制
在 Linux 内核中，中断是硬件与操作系统交互的重要方式，它允许硬件在需要时暂停当前进程的处理，转而请求内核响应，中断注册则是内核管理硬件中断的关键步骤，涉及中断号的申请、中断处理函数的绑定以及中断资源的释放等操作，正确理解中断注册的流程和注意事项，对于驱动开发者和内核开发者至关重要。
中断的基本概念
中断分为硬件中断和软件中断,硬件中断由外部设备（如键盘、网卡）触发，通过中断控制器（如 APIC）传递给 CPU；软件中断则由程序通过指令（如 int 0x80）触发，本文主要讨论硬件中断的注册流程。
Linux 内核通过中断描述符表（IDT）管理中断，每个中断号对应一个处理函数，当硬件触发中断时，CPU 会根据中断号查找 IDT，并执行相应的处理函数，驱动开发者需要通过内核提供的 API，将自定义的中断处理函数注册到指定的中断号上。
中断注册的主要 API
Linux 内核提供了多种中断注册的 API，以适应不同的场景需求，最常用的函数是 request_irq()，其原型如下：
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev);
irq：要注册的中断号，通常通过设备树或平台资源获取。handler：中断处理函数，类型为irq_handler_t，其原型为irqreturn_t (*handler)(int, void *)。flags：中断标志位，如IRQF_SHARED（共享中断）、IRQF_TRIGGER_RISING（上升沿触发）等。name：中断名称，用于/proc/interrupts等文件显示，便于调试。dev：设备标识符，用于共享中断时的区分，通常为设备结构体指针。
内核还提供了 devm_request_irq() 函数，它通过设备管理资源，可以在设备移除时自动释放中断，避免内存泄漏。
中断处理函数的设计
中断处理函数是中断注册的核心,其设计需遵循以下原则：
- 执行效率高：中断处理函数应尽量简短，避免耗时操作（如休眠、内存分配），复杂操作应通过
tasklet、workqueue等机制延迟执行。 - 可重入性：中断可能被嵌套或重复触发，处理函数需确保在并发执行时的安全性。
- 返回值规范：返回
IRQ_NONE表示中断未处理，返回IRQ_HANDLED表示已处理。
一个简单的中断处理函数如下：
static irqreturn_t my_interrupt_handler(int irq, void *dev_id) {
// 读取硬件状态，确认中断来源
if (/* 中断条件满足 */) {
// 处理中断事件
return IRQ_HANDLED;
}
return IRQ_NONE;
}
中断标志位的配置
flags 参数决定了中断的行为，常见的标志位包括：
IRQF_TRIGGER_NONE：电平触发（默认）。IRQF_TRIGGER_RISING/IRQF_TRIGGER_FALLING：边沿触发。IRQF_SHARED：允许多个设备共享同一中断线，需配合dev参数使用。
标志位的配置必须与硬件规格一致,否则可能导致中断无法正常触发或系统不稳定，PCI 设备通常使用边沿触发，而 ISA 设备多用电平触发。
中断的共享机制
多个设备可以共享同一中断线,此时需设置 IRQF_SHARED 标志，并为每个设备提供唯一的 dev 标识符，内核会按顺序调用所有注册的中断处理函数，直到某个函数返回 IRQ_HANDLED，共享中断的典型场景包括 PCI 设备，多个设备可能连接到同一个中断引脚。
中断的释放
当设备不再需要中断时,需调用 free_irq() 释放资源：
void free_irq(unsigned int irq, void *dev);
对于 devm_request_irq() 注册的中断，内核会在设备卸载时自动释放，无需手动调用。
中断注册的注意事项
- 中断号的合法性：在注册前需确认中断号未被其他设备占用，可通过
/proc/interrupts查看当前中断分配情况。 - 上下文环境：中断处理函数运行在中断上下文，不能调用休眠或调度相关的函数（如
kmalloc(GFP_KERNEL)）。 - 错误处理：
request_irq()可能返回错误码（如-EBUSY），需检查返回值并处理异常情况。
实际应用示例
以下是一个简化的中断注册流程：
- 获取中断号：通过
platform_get_irq()从平台设备中获取中断号。 - 注册中断：调用
request_irq()注册处理函数。 - 中断处理：在中断处理函数中读取硬件状态并触发后续操作。
- 释放资源：在设备移除时调用
free_irq()。
int my_driver_probe(struct platform_device *pdev) {
int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
if (irq < 0) {
return irq;
}
return request_irq(irq, my_interrupt_handler, IRQF_SHARED,
"my_device", pdev);
}
int my_driver_remove(struct platform_device *pdev) {
int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
free_irq(irq, pdev);
return 0;
}
Linux 中断注册是驱动开发的基础环节，涉及中断号的申请、处理函数的绑定、标志位的配置以及资源的释放，开发者需严格遵循内核规范，确保中断处理的高效性和安全性，通过合理使用 request_irq() 和 devm_request_irq() 等接口，结合硬件特性配置中断标志，可以实现稳定可靠的中断管理，在实际开发中，还需结合调试工具（如 /proc/interrupts 和 /proc/irq）排查中断相关问题，提升系统的健壮性。
