Linux如何及时响应外部中断

FPGA每隔100us给运行linux的ARM一个中断，要求在20us内响应中断，并读走2000*16bit的数据。

目前主要的问题是，当系统同时发生多个中断时，会严重影响linux对FPGA中断的响应时间。如何解决？

1、首先想到了ARM的FIQ，它可以打断IRQ中断服务程序，保证对外部FIQ的及时响应。但是发现linux只实现了IRQ，没有显示FIQ。

linux是从devicetree读取中断号，加入中断向量表的。

interrupts = <0x0 0x32 0x0>中的第一个字段0表示非共享中断，非零表示共享中断，SDK产生的dts统一为0，此时第二字段的值比XPS中的小32；如果第一字段非零，则第二字段比XPS小16.

最后字段表示中断的触发方式。

IRQ_TYPE_EDGE_RISING=0x00000001,

IRQ_TYPE_EDGE_FALLING=0x00000002,

IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH=0x00000004,

IRQ_TYPE_LEVEL_LOW=0x00000008,

很明显，devicetree根本没有提供通知linux有FIQ的渠道。

2、再来看linux的IRQ

linux的中断分为上半部和下半部，上半部运行在IRQ模式，会屏蔽所有中断，下半部运行在SVC模式，会重新打开中断。

也就是说，当一个中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），FPGA的中断是不能被linux响应的；

反过来，当FPGA中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），其他的中断也不能被linux响应；

unsigned long flags

...

local_irq_save(flags)

....

local_irq_restore(flags)

3.

ARM有七种模式，我们这里只讨论SVC、IRQ和FIQ模式。

我们可以假设ARM核心有两根中断引脚（实际上是看不见的），一根叫 irq pin, 一根叫fiq pin.

在ARM的cpsr中，有一个I位和一个F位，分别用来禁止IRQ和FIQ的。

先不说中断控制器，只说ARM核心。正常情况下，ARM核都只是机械地随着pc的指示去做事情，当CPSR中的I和F位为1的时候，IRQ和FIQ全部处于禁止状态。无论你在irq

pin和fiq pin上面发什么样的中断信号，ARM是不会理你的，你根本不能打断他，因为他耳聋了，眼也瞎了。

在I位和F位为0的时候，当irq

pin上有中断信号过来的时候，就会打断arm的当前工作，并且切换到IRQ模式下，并且跳到相应的异常向量表（vector)位置去执行代码。这个过程是自动的，但是返回到被中断打断的地方就得您亲自动手了。当你跳到异常向量表，处于IRQ的模式的时候，这个时候如果irq

pin上面又来中断信号了，这个时候ARM不会理你的，irq

pin就跟秘书一样，ARM核心就像老板，老板本来在做事，结果来了一个客户，秘书打断它，让客户进去了。而这个时候再来一个客户，要么秘书不断去敲门问，要么客户走人。老板第一个客户没有会见完，是不会理你的。

但是有一种情况例外，当ARM处在IRQ模式，这个时候fiq pin来了一个中断信号，fiq

pin是什么？是快速中断呀，比如是公安局的来查刑事案件，那才不管你老板是不是在会见客户，直接打断，进入到fiq模式下，并且跳到相应的fiq的异常向量表处去执行代码。那如果当ARM处理FIQ模式，fiq

pin又来中断信号，又就是又一批公安来了，那没戏，都是执法人员，你打不断我。那如果这个时候irq

pin来了呢？来了也不理呀，正在办案，还敢来妨碍公务。

所以得出一个结论： IRQ模式只能被FIQ模式打断，FIQ模式下谁也打不断。

在打不断的情况下，irq pin 或 fiq pin随便你怎么发中断信号，都是白发。

所以除了fiq能打断irq以外，根本没有所谓中断嵌套的情况。

Linux不用FIQ,只用到了IRQ。但是我们有时候一个中断需要处理很长时间，那我们就需要占用IRQ模式那么长的时间吗？没有，linux在IRQ模式下只是简单的记录是什么中断，马上就切换回了SVC模式，换句话说，Linux的中断处理都是在SVC模式下处理的。

只不过SVC模式下的ISR上半部关闭了当前中断线，下半部才重新打开

一、中断处理为什么要下半部？

Linux在中断处理中间中断处理分了上半部和下半部，目的就是提高系统的响应能力和并发能力。通俗一点来讲：当一个中断产生，调用该中断对应的处理程序(上半部)然后告诉系统，对应的后半部可以执行了。然后中断处理程序就返回，下半部会在合适的时机有系统调用。这样一来就大大的减少了中断处理所需要的时间。

二、那些工作应该放在上半部，那些应该放在下半部？

没有严格的规则，只有一些提示：

1、对时间非常敏感，放在上半部。

2、与硬件相关的，放在上半部。

3、不能被其他中断打断的工作，放在上半部。

以上三点之外的，考虑放在下半部。

三、下半部机制在Linux中是怎么实现的？

下半部在Linux中有以下实现机制：

1、BH(在2.5中删除)

2、任务队列(task queue，在2.5删除)

3、软中断(softirq，2.3开始。本文重点)

4、tasklet(2.3开始)

5、工作队列(work queue，2.5开始)

四、软中断是怎么实现的(以下代码出自2.6.32)？

软中断不会抢占另外一个软中断，唯一可以抢占软中断的是中断处理程序。

软中断可以在不同CPU上并发执行(哪怕是同一个软中断)

1、软中断是编译期间静态分配的，定义如下：

struct softirq_action { void (*action)(struct softirq_action *)}

/*

* PLEASE, avoid to allocate new softirqs, if you need not _really_ high

* frequency threaded job scheduling. For almost all the purposes

* tasklets are more than enough. F.e. all serial device BHs et

* al. should be converted to tasklets, not to softirqs.

*/

enum {

HI_SOFTIRQ=0,

TIMER_SOFTIRQ,

NET_TX_SOFTIRQ,

NET_RX_SOFTIRQ,

BLOCK_SOFTIRQ,

BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,

TASKLET_SOFTIRQ,

SCHED_SOFTIRQ,

HRTIMER_SOFTIRQ,

RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */

NR_SOFTIRQS

}

/*

* map softirq index to softirq name. update 'softirq_to_name' in * kernel/softirq.c when adding a new softirq.

*/

extern char *softirq_to_name[NR_SOFTIRQS]

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp

说明：

(1)、软中断的个数书上说是32，看来到这个版本已经发生变化了。

(2)、void (*action)(struct softirq_action *)传递整个结构体指针在于当结构体成员发生变化是，接口不变。

2、系统执行软中断一个注册的软中断必须被标记后才会执行(触发软中断)，通常中断处理程序会在返回前标记它的软中断。在下列地方，待处理的软中断会被执行：

(1)、从一个硬件中断代码处返回。

(2)、在ksoftirqd内核线程。

(3)、在那些显示检查和执行待处理的软中断代码中。

ksoftirqd说明：

每个处理器都有一个这样的线程。所有线程的名字都叫做ksoftirq/n，区别在于n，它对应的是处理器的编号。在一个双CPU的机器上就有两个这样的线程，分别叫做ksoftirqd/0和ksoftirqd/1。为了保证只要有空闲的处理器，它们就会处理软中断，所以给每个处理器都分配一个这样的线程。

执行软中断的代码如下：

asmlinkage void __do_softirq(void)

{

struct softirq_action *h

__u32 pending

int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART

int cpu

pending = local_softirq_pending()

account_system_vtime(current)

__local_bh_disable((unsigned long)__builtin_return_address(0))

lockdep_softirq_enter()

cpu = smp_processor_id()

restart:

/* Reset the pending bitmask before enabling irqs */

set_softirq_pending(0)

local_irq_enable()

h = softirq_vec

do {

if (pending &1) {

int prev_count = preempt_count()

kstat_incr_softirqs_this_cpu(h - softirq_vec)

trace_softirq_entry(h, softirq_vec)

h->action(h)

trace_softirq_exit(h, softirq_vec)

if (unlikely(prev_count != preempt_count())) {

printk(KERN_ERR "huh, entered softirq %td %s %p"

"with preempt_count %08x,"

" exited with %08x?\n", h - softirq_vec,

softirq_to_name[h - softirq_vec],

h->action, prev_count, preempt_count())

preempt_count() = prev_count

}

rcu_bh_qs(cpu)

}

h++

pending >>= 1

} while (pending)

local_irq_disable()

pending = local_softirq_pending()

if (pending &&--max_restart)

goto restart

if (pending)

wakeup_softirqd()

lockdep_softirq_exit()

account_system_vtime(current)

_local_bh_enable()

}

3、编写自己的软中断

(1)、分配索引，在HI_SOFTIRQ与NR_SOFTIRQS中间添加自己的索引号。

(2)、注册处理程序，处理程序：open_softirq(索引号，处理函数)。

(3)、触发你的软中断：raise_softirq(索引号)。

4、软中断处理程序注意

(1)、软中断处理程序执行的时候，允许响应中断，但自己不能休眠。

(2)、如果软中断在执行的时候再次触发，则别的处理器可以同时执行，所以加锁很关键。

我也不完全理解，但是比你知道的多点。

Linux中，分内核态和用户态。

你写的所有的驱动，都是出于内核态->可以直接使用内核相关资源；

应用层，都是用户态->无法直接 *** 作底层的东西 ->想要 *** 作，比如获得权限，切换到内核态，然后才能 *** 作。

你这里的需求，我的理解是：

对应你这句

“在中断服务程序中 *** 作另一个外设”

不知道你的目的和打算用的手段是啥

一般的，ISR中， *** 作别的设备，常见的是：

设置对应的（比如该硬件本身，或者别的设备B的）寄存器的对应的位，以便通知其某种事情发送或状态变化了。

然后设备B会：

要么是由于（被修改了寄存器而）发生了中断，然后可以接着处理其所要做的事情；

要么是一直轮训，检测对应的某种资源释放变化，比如上面被改的寄存器的对应的位，发现变化了，再去调用你的函数，做对应的处理。

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