本章导读

在 Linux 下的驱动实验中，中断是频繁使用的功能，Linux 内核提供了完善的中断框架，我们只需要使

用内核提供的函数，便可以方便的使用中断功能。本章我们就来学习一下如何在 Linux 中使用中断。

57.1章节讲解了Linux中断基础理论知识

57.2章节在STM32MP157开发板上以按键中断为例，进行实验。

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

中断基础概念 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=34

设备树中的中断节点以及相关函数 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=35

按键中断实验 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=36

程序源码在网盘资料“iTOP-STM32MP157开发板网盘资料汇总\09_嵌入式Linux开发指南(iTOP-STM32MP157)手册配套资料\驱动程序例程\15-Linux中断实验”路径下。

linux 中断有专门的中断子系统，其实现原理很复杂，但是驱动开发者不需要知道其实现的具体细节，

只需要知道如何应用该子系统提供的 API 函数来编写中断相关驱动代码即可。

1 获取中断号相关函数

编写驱动的时候需要用到中断号，每一个中断都有中断号，我们用到中断号，中断信息已经写到了设备树里面，因此可以通过 irq_of_parse_and_map 函数从 interupts 属性中提取到对应的设备号，函数原型如下表所示：

如果使用 GPIO 的话，可以使用 gpio_to_irq 函数来获取 gpio 对应的中断号，函数原型如下表所示 

2 申请中断函数

同GPIO一样，在Linux内核里面，如果我们要使用某个中断也是需要申请的，申请中断我们使用的函数是 request_irq。函数原型如下表所示：

中断标识可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志，这里我们介绍几个常用的中断标志，如下图所示： 

3 、free_irq 函数

中断使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会

删除中断处理函数并且禁止中断。free_irq 函数原型如下所示

4、中断处理函数

使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数函数如下表所示：

irqreturn_t 类型定义如下所示： 

 enum irqreturn {IRQ_NONE = (0 << 0),IRQ_HANDLED = (1 << 0),IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),};

可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型，一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式

return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)

5、中断使能和禁止函数

常用的中断使用和禁止函数如下所示：

void enable_irq(unsigned int irq)

void disable_irq(unsigned int irq)

enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断，irq 就是要禁止的中断号。disable_irq 函数要

等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回，因此使用者需要保证不会产生新的中断，并且确保所有

已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外一个中断禁止函数：

void disable_irq_nosync(unsigned int irq)

disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕。

57.1.3 中断上文和中断下文

中断的存在可以极大的提高CPU的运行效率，但是中断会打断内核进程中的正常调度和运行，所以为保证系统实时性，中断服务程序必须足够简短，但实际应用中某些时候发生中断时必须处理大量的事物，这时候如果都在中断服务程序中完成，则会严重降低中断的实时性，基于这个原因，linux 系统提出了一个概念：把中断服务程序分为两部分：中断上文和中断下文。

有些资料中也将顶半部和底半部称为上半部和下半部，都是一个意思。Linux 内核将中断分为顶半部和

底半部的主要目的就是实现中断处理函数的快进快出，那些对时间敏感、执行速度快的操作可以放到中断

处理函数中，也就是顶半部。剩下的所有工作都可以放到底半部去执行，至于哪些代码要在顶半部完成，哪些代码要在底半部完成，并没有严格的要求，要根据实际情况来判断，下面有一些参考点：

① 如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。

② 如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。

③ 如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部

④ 除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。

中断上文：完成尽可能少却比较急的任务，中断上文的特点就是响应速度快。中断下文：处理中断剩余的大量比较耗时间的任务，而且可以被新的中断打断。

举例来说，我现在正在厨房做饭，突然电话响了，然后我关火去接电话，快递员打电话让我下楼去拿快递，接完电话叫我女朋友去下楼拿快递，然后我在回去开火继续做饭，这个过程就是中断上下文。

分析例子：快递员打电话让我下去拿快递，这个事情很紧急，所以要快速处理，这个就是要在中断上文中完成。但是下楼拿快递这个过程非常耗时间，所以叫女朋友去拿快递，这个就是中断下文。下楼拿快递很耗时间，如果我不叫女朋友去帮我拿而是自己拿，等我拿完饭回来我锅里的菜是不是就凉了呀，同理，如果你在中断里面做很耗时间的时间，系统就会崩溃。如果女朋友在去拿快递的过程中，突然口渴了，要去超市买水，所以，中断下半部分是可以被中断打断的。

总之，中断上文越快越好，中断下文可以做比较耗时间的事情，但是不能死循环。Linux中断可以嵌套吗？以前是可以，现在不可以。

57.1.4 设备树中的中断节点

如果一个设备需要用到中断功能，开发人员就需要在设备树中配置好中断属性信息，因为设备树是用来描述硬件信息的，然后Linux内核通过设备树配置的中断属性来配置中断功能。对于中断控制器而言，设 备树绑定信息参考文档Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt。打开 stm32mp151.dtsi文件，其中的 intc 节点就是 STM32MP157的中断控制器节点，节点内容如下所示：

          intc: interrupt-controller@a0021000 {compatible = "arm,cortex-a7-gic";#interrupt-cells = <3>;interrupt-controller;reg = <0xa0021000 0x1000>,<0xa0022000 0x2000>;};

compatible 属性值为“arm,cortex-a7-gic”在 Linux 内核源码中搜索“arm,cortex-a7-gic”即可找到 GIC 中断控制器驱动文件。

#interrupt-cells 和#address-cells、#size-cells 一样。表示此中断控制器下设备的 cells 大小，对于设备而言，会使用 interrupts 属性描述中断信息，#interrupt-cells 描述了 interrupts 属性的 cells 大小，也就是一条信息有几个 cells。每个 cells 都是 32 位整型值，对于 ARM 处理的 GIC 来说，一共有 3 个cells，这三个 cells 的含义如下：

• 第一个 cells：中断类型，0 表示 SPI 中断，1 表示 PPI 中断。

第二个 cells：中断号，对于 SPI 中断来说中断号的范围为 32~287(256个)，对于 PPI 中断来说中断号的范围为 16~31

• 第三个 cells：标志，bit[3:0]表示中断触发类型，为 1 的时候表示上升沿触发，为 2 的时候表示下降

沿触发，为 4 的时候表示高电平触发，为 8 的时候表示低电平触发。bit[15:8]为 PPI 中断的 CPU 掩码。

interrupt-controller 节点为空，表示当前节点是中断控制器。

对于 gpio 来说，gpio 节点也可以作为中断控制器，比如stm32mp151.dtsi文件中的 uart4节点内容如下所示：

  rcc: rcc@50000000 {compatible = "st,stm32mp1-rcc-secure", "st,stm32mp1-rcc", "syscon";reg = <0x50000000 0x1000>;#clock-cells = <1>;#reset-cells = <1>;interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clock-names = "hse", "hsi", "csi", "lse", "lsi";clocks = <&scmi0_clk CK_SCMI0_HSE>,<&scmi0_clk CK_SCMI0_HSI>,<&scmi0_clk CK_SCMI0_CSI>,<&scmi0_clk CK_SCMI0_LSE>,<&scmi0_clk CK_SCMI0_LSI>;};

 interrupts 描述中断中断源的信息，第一个表示中断类型，为 GIC_SPI，也就是共享中断。第二个表示中断号为 5，关于中断号的确定可以根据iTOP-STM32MP157开发板\iTOP-STM32MP157开发板光盘资料\20220223\01_开发板硬件资料\官方数据手册\STM32MP157参考手册.pdf的21.1 NVIC interrupts小节来确定，第三个表示中断触发类型是高电平触发。

简单总结下与中断有关的设备树属性信息

• #interrupt-cells，指定中断源的信息 cells 个数。 
• interrupt-controller，表示当前节点为中断控制器 
• interrupts，指定中断号，触发方式等。 
• interrupt-parent，指定父中断，也就是中断控制器 

中断实际上是非常复杂的，但是作为开发人员，我们只需要关心怎么在设备树中指定中断，怎么在代码中获得中断就可以。其他的事情，比如设备树中的中断控制器，这些都是由原厂的BSP工程师帮我们写好了，我们不需要来修改他。除非将来你有机会去原厂工作，否则我们不会从头开始写一个设备树文件的，分工是非常明确的。我们需要关注的点是怎么在设备树里面描述一个外设的中断节点，我们来看一个例子。

这个例子是用按键给大家举例的，比如说你现在要接一个外设按键，通过中断来获取中断的键值，首先在设备树里面写节点。

key
{compatible = "key";gpios = <&gpioi 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;interrupt-parent = <&gpioi>;interrupts = <2 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>;status = "okay";}

在这个例子中，我们先使用pinctrl和gpio子系统把这个引脚设置为了gpio功能，因为我们在使用中断的时候需要把引脚设置成输入。然后使用interrupt-parent和interrupts属性来描述中断。interrupt-parent的属性值是gpioi，也就是他的要使用gpioi这个中断控制器，为什么是gpioi呢，因为我们的引脚使用的是gpioi里面的io2，所以我们使用的是gpioi这个中断控制器。interrupts属性设置的是中断源

例子中的第一个 cells 的 2表示 GPIOi 组的 2号 IO。IRQ_TYPE_EDGE_BOTH表示上升沿和下降沿都有效。

IRQ_TYPE_EDGE_BOTH 定义在文件 include/linux/irq.h 中，定义如下 

所以我们在设备树里面配置中断的时候只需要两个步骤即可，第一个步骤是把管脚设置为gpio功能。第二个步骤是使用interrupt-parent和interrupts属性来描述中断。

57.2 实验程序编写

我们以STM32MP157开发板为例，写一个按键中断，按一下按键就让在终端上打印一句话，这个程序是非常简单的，因为他没有涉及到中断下文的编写，只有中断上文。

57.2.1 修改设备树文件

我们修改设备树文件stm32mp15xx-itop.dtsi，路径在源码目录/home/topeet/work/linux-5.4.31/arch/arm/boot/dts目录下。我们要使用开发板底板上的音量BACK键进行试验，另外两个用户按键和摄像头的DCMI接口引脚重复了，所以只有屏蔽了DCMI节点才能使用，我们在这里将原来所有的按键节点注释掉（这里使用的if判断），如下图所示：

然后在根节点下，将之前的添加的test节点修改为以下内容。

        test: test{

                compatible = "keys";

                gpios = <&gpioi 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

                status = "okay";

       };

注释掉以前修改的内容，如下图所示 

然后编译源码，编译源码请参考本手册51.3编译设备树文件章节。

编译完设备树，然后重新烧写Linux镜像，接下来我们来检查你编译的设备树文件有没有被加载到系统里面，也就是说查看你添加的节点有没有，如下图所示：

从上图可以看到我们添加的节点，我们查看下节点“test”，如下图所示： 

从上图可以看出“compatible”属性值是keys。

57.2.2 编写驱动代码

程序源码在网盘资料“iTOP-STM32MP157开发板网盘资料汇总\09_嵌入式Linux开发指南(iTOP-STM32MP157)手册配套资料\驱动程序例程\15-Linux中断实验\001”路径下。

我们在Ubuntu的/home/nfs/19/01目录下新建driver.c，将上次编译driver.c的Makefile文件新建的driver.c同级目录下，修改Makefile为：

完整的驱动代码如下面所示：

/** @Author:topeet* @Description: 使用irq_of_parse_and_map函数来获取中断号*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_irq.h>#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/interrupt.h>
//定义结构体表示我们的节点
struct device_node *test_device_node;
struct property *test_node_property;
//要申请的中断号
int irq;
// GPIO 编号
int gpio_nu;/*** @description: 中断处理函数test_key* @param {int} irq ：要申请的中断号* @param {void} *args ：* @return {*}IRQ_HANDLED*/
irqreturn_t test_key(int irq, void *args)
{printk("test_key \n");return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/***************************************************************************************** @brief led_probe : 与设备信息层（设备树）匹配成功后自动执行此函数，* @param inode : 文件索引* @param file  : 文件* @return 成功返回 0           ****************************************************************************************/
int led_probe(struct platform_device *pdev)
{int ret = 0;// 打印匹配成功进入probe函数printk("led_probe\n");test_device_node = of_find_node_by_path("/test");if (test_device_node == NULL){//查找节点失败则打印信息printk("of_find_node_by_path is error \n");return -1;}gpio_nu = of_get_named_gpio(test_device_node, "gpios", 0);if (gpio_nu < 0){printk("of_get_namd_gpio is error \n");return -1;}//设置GPIO为输入模式gpio_direction_input(gpio_nu);//获取GPIO对应的中断号irq = gpio_to_irq(gpio_nu);//irq = irq_of_parse_and_map(test_device_node, 0);printk("irq is %d \n", irq);/*申请中断，irq:中断号名字  test_key：中断处理函数IRQF_TRIGGER_RISING：中断标志，意为上升沿触发"test_key"：中断的名字*/ret = request_irq(irq, test_key, IRQF_TRIGGER_RISING, "test_key", NULL);if (ret < 0){printk("request_irq is error \n");return -1;}return 0;
}int led_remove(struct platform_device *pdev)
{printk("led_remove\n");return 0;
}
const struct platform_device_id led_idtable = {.name = "keys",
};
const struct of_device_id of_match_table_test[] = {{.compatible = "keys"},{},
};
struct platform_driver led_driver = {//3. 在led_driver结构体中完成了led_probe和led_remove.probe = led_probe,.remove = led_remove,.driver = {.owner = THIS_MODULE,.name = "led_test",.of_match_table = of_match_table_test},//4 .id_table的优先级要比driver.name的优先级要高，优先与.id_table进行匹配.id_table = &led_idtable};/*** @description: 模块初始化函数* @param {*}* @return {*}*/
static int led_driver_init(void)
{//1.我们看驱动文件要从init函数开始看int ret = 0;//2.在init函数里面注册了platform_driverret = platform_driver_register(&led_driver);if (ret < 0){printk("platform_driver_register error \n");}printk("platform_driver_register ok \n");return 0;
}/*** @description: 模块卸载函数* @param {*}* @return {*}*/
static void led_driver_exit(void)
{free_irq(irq, NULL);platform_driver_unregister(&led_driver);printk("goodbye! \n");
}
module_init(led_driver_init);
module_exit(led_driver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

将driver.c编译为driver.ko 文件，如下图所示：

57.2.3 运行测试

我们进入共享文件夹，加载驱动模块，如下图所示：

那么我们怎么查看是否申请中断成功了呢?我们可以进入到开发板的/proc/interrupts目录查看，如下图所示：

cat /proc/interrupts | grep test_key

我们按一下底板上的BACK，可以看到控制台打印信息，如下图所示： 

我们可以看中断发生了几次，我们可以进入到开发板的/proc/irq/43/spurious 目录下，如下图所示：

cat /proc/irq/84/spurious

从上图可知，中断发生了13次，我们可以数一下test_key打印的次数是十三次，说明发生一次中断，会打印一次test_key。

57.2.4 优化方案

上面的例子我们是使用函数gpio_to_irq来获取中断号的，接下来我们通过在设备树文件里面使用属性“interrupt-parent”和“interrupts”来获取中断号，我们修改设备树文件如下图所示：

    test: test{compatible = "key";gpios = <&gpioi 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;interrupt-parent = <&gpioi>;interrupts = <2 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>;status = "okay";};

然后编译设备树，编译设备树请参考本手册51.3编译设备树章节。

我们检查一下有没有我们添加的节点，如下图所示，出现添加的设备节点test。

接下来我们改一下驱动driver.c,完整代码如下所示：

程序源码在网盘资料“iTOP-STM32MP157开发板网盘资料汇总\09_嵌入式Linux开发指南(iTOP-STM32MP157)手册配套资料\驱动程序例程\15-Linux中断实验\002”路径下。

/** @Author:topeet* @Description: 使用gpio_to_irq函数来获取中断号*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_irq.h>#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/interrupt.h>
//定义结构体表示我们的节点
struct device_node *test_device_node;
struct property *test_node_property;
//要申请的中断号
int irq;
// GPIO 编号
int gpio_nu;/*** @description: 中断处理函数test_key* @param {int} irq ：要申请的中断号* @param {void} *args ：* @return {*}IRQ_HANDLED*/
irqreturn_t test_key(int irq, void *args)
{printk("test_key \n");return IRQ_HANDLED;
}
/***************************************************************************************** @brief led_probe : 与设备信息层（设备树）匹配成功后自动执行此函数，* @param inode : 文件索引* @param file  : 文件* @return 成功返回 0           ****************************************************************************************/
int led_probe(struct platform_device *pdev)
{int ret = 0;// 打印匹配成功进入probe函数printk("led_probe\n");test_device_node = of_find_node_by_path("/test");if (test_device_node == NULL){//查找节点失败则打印信息printk("of_find_node_by_path is error \n");return -1;}gpio_nu = of_get_named_gpio(test_device_node, "gpios", 0);if (gpio_nu < 0){printk("of_get_namd_gpio is error \n");return -1;}//设置GPIO为输入模式gpio_direction_input(gpio_nu);//获取GPIO对应的中断号// irq = gpio_to_irq(gpio_nu);irq =irq_of_parse_and_map(test_device_node,0);printk("irq is %d \n", irq);/*申请中断，irq:中断号名字  test_key：中断处理函数IRQF_TRIGGER_RISING：中断标志，意为上升沿触发"test_key"：中断的名字*/ret = request_irq(irq, test_key, IRQF_TRIGGER_RISING, "test_key", NULL);if (ret < 0){printk("request_irq is error \n");return -1;}return 0;
}
int led_remove(struct platform_device *pdev)
{printk("led_remove\n");return 0;
}
const struct platform_device_id led_idtable = {.name = "keys",
};
const struct of_device_id of_match_table_test[] = {{.compatible = "keys"},{},
};
struct platform_driver led_driver = {//3. 在led_driver结构体中完成了led_probe和led_remove.probe = led_probe,.remove = led_remove,.driver = {.owner = THIS_MODULE,.name = "led_test",.of_match_table = of_match_table_test},//4 .id_table的优先级要比driver.name的优先级要高，优先与.id_table进行匹配.id_table = &led_idtable};
/*** @description: 模块初始化函数* @param {*}* @return {*}*/
static int led_driver_init(void)
{//1.我们看驱动文件要从init函数开始看int ret = 0;//2.在init函数里面注册了platform_driverret = platform_driver_register(&led_driver);if (ret < 0){printk("platform_driver_register error \n");}printk("platform_driver_register ok \n");return 0;
}
/*** @description: 模块卸载函数* @param {*}* @return {*}*/
static void led_driver_exit(void)
{free_irq(irq, NULL);platform_driver_unregister(&led_driver);printk("gooodbye! \n");
}
module_init(led_driver_init);
module_exit(led_driver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

编译驱动代码为驱动模块，如下图所示：

编译成功加载驱动，可以成功获得irq号，如下图所示： 

我们按一下底板上的音量BACK，可以看到控制台打印信息，如下图所示： 

我们可以使用以下命令来可以看中断发生了几次，如下图所示：

cat /proc/irq/84/spurious

从上图可知，中断发生了8次，我们可以数一下test_key打印的次数是8次，说明发生一次中断，会打印一次test_key。