Linux 中断子系统的驱动解析

一、引言

中断是操作系统和硬件设备进行交互的重要做法。在Linux操作系统中，中断子系统是内核的重要组成部分，它负责处理来自硬件的中断请求，并将这些请求演化为系统调用或者内核处理流程。本文将对Linux中断子系统的驱动解析进行详细阐述。

二、中断的基本概念

中断是计算机系统中的一种同步事件，用于通知CPU有更重要的事情需要处理。中断可以由硬件设备发起，也可以由软件触发。在Linux中，中断通常由以下几种类型组成：

• 硬中断：由硬件设备发起，如I/O设备请求服务。
• 软中断：由软件触发，如系统调用或者内核内部事件。
• 异常：由CPU执行指令时产生的不正确引发，如除以零、非法指令等。
• 陷阱：由操作系统设置，用于处理特定的事件，如系统调用。

三、Linux中断子系统架构

Linux中断子系统架构首要包括以下几个部分：

• 中断控制器（Interrupt Controller，IC）：负责管理硬件中断的分配和优先级。
• 中断请求（Interrupt Request，IRQ）：由硬件设备产生的中断信号。
• 中断描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）：用于存储中断处理程序的入口地址。
• 中断处理程序：负责处理中断请求的函数。

四、中断处理流程

当硬件设备产生中断请求时，中断处理流程如下：

1. 中断控制器检测到中断请求，并选择优先级最高的中断进行处理。
2. 中断控制器向CPU发送中断信号。
3. CPU响应中断信号，并停止当前指令的执行。
4. CPU保存当前状态，包括程序计数器、寄存器等。
5. CPU查找IDT中对应中断号的中断描述符，并跳转到中断处理程序。
6. 中断处理程序执行相应的操作。
7. 中断处理程序执行完毕，CPU恢复保存的状态，并继续执行之前被中断的指令。

五、中断驱动编程

在Linux内核中，中断驱动编程通常涉及以下几个步骤：

1. 定义中断处理函数：编写处理中断请求的函数。
2. 注册中断处理函数：通过调用注册函数将中断处理函数与中断号相关性起来。
3. 分配中断号：确保每个中断号都是唯一的。
4. 设置中断类型：指定中断是边缘触发还是电平触发。
5. 启用中断：通过调用相关函数启用中断。
6. 禁用中断：在不需要处理中断时，通过调用相关函数禁用中断。

六、中断共享和反冲

在多任务操作系统中，中断共享和反冲是两个需要特别注意的问题。

• 中断共享：多个中断共享同一个中断号，这或许造成中断处理程序的执行顺序混乱。
• 反冲：当中断处理程序执行时间过长时，或许造成后续中断请求被阻塞，从而影响系统的实时性能。

七、总结

Linux中断子系统是操作系统与硬件设备交互的重要桥梁。通过对中断子系统的深入明白，我们可以更好地编写中断驱动程序，减成本时间系统的稳定性和性能。本文对Linux中断子系统的驱动解析进行了详细阐述，包括中断的基本概念、架构、处理流程、编程方法以及共享和反冲问题。

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