1. 学习目标
- 理解 Linux 中断的作用
理解：
硬件如何通知 CPU
例如：
按键按下
UART 收到数据
网络收到数据
定时器到期
- 理解 Linux 中断处理流程
能够解释完整流程：
Hardware
│
▼
IRQ
│
▼
Interrupt Controller
│
▼
CPU
│
▼
ISR（中断处理函数）
│
▼
Driver
- 能编写基础中断驱动
掌握：
request_irq
free_irq
irq_handler
- 理解 Top Half / Bottom Half
理解：
Top Half
Bottom Half
以及：
tasklet
workqueue
- 能分析驱动中的中断问题
例如：
中断丢失
中断风暴
中断共享
2. 什么是中断
中断是：
硬件通知 CPU 的一种机制
如果没有中断，CPU 必须：
while(1)
{
检查设备
}
这种方式叫：
Polling(轮询)
效率极低
中断方式
设备主动通知 CPU：
设备
│
IRQ信号
│
CPU
CPU 立即处理
3. Linux 中断整体结构
Linux 中断系统结构：
Hardware Device
│
▼
Interrupt Controller
│
▼
IRQ Number
│
▼
Kernel IRQ Subsystem
│
▼
Driver ISR
例如：
GPIO
UART
Network
Timer
4. 中断号（IRQ）
每个中断都有编号：
IRQ number
例如：
IRQ 0 timer
IRQ 1 keyboard
IRQ 14 disk
驱动需要：
注册 IRQ
5. 中断处理函数
驱动必须提供：
ISR（Interrupt Service Routine）
函数格式：
irqreturn_t handler(int irq, void *dev)
示例：
irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
printk("interrupt occurred\n");
return IRQ_HANDLED;
}
返回值：
IRQ_HANDLED
IRQ_NONE
6. 中断注册
驱动使用：
request_irq()
注册中断。
函数：
int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long flags,
const char *name,
void *dev);
参数说明：
示例
request_irq(irq_num,
my_irq_handler,
IRQF_SHARED,
"my_device",
dev);
7. 释放中断
驱动卸载时：
free_irq()
示例：
free_irq(irq_num, dev);
8. 中断执行上下文
中断运行在：
Interrupt Context
特点：
不能睡眠
不能调度
必须快速完成
因此：
不能使用 mutex
不能使用 msleep
9. Top Half / Bottom Half
Linux 将中断处理分为两部分：
Top Half
Bottom Half
原因：
中断必须尽快完成。
Top Half
Top Half 就是：
ISR
特点：
执行很快
只做必要工作
例如：
读取中断状态
清除中断
保存数据
Bottom Half
耗时工作放到：
Bottom Half
例如：
数据处理
协议解析
复杂计算
10. Linux Bottom Half 机制
Linux 提供三种 Bottom Half：
softirq
tasklet
workqueue
softirq
特点：
高性能
内核使用
例如：
网络协议栈
驱动很少直接使用。
tasklet
特点：
基于 softirq
简单易用
示例：
DECLARE_TASKLET(my_tasklet, tasklet_func, data);
调度：
tasklet_schedule(&my_tasklet);
workqueue
特点：
运行在进程上下文
可以睡眠
示例：
schedule_work(&work);
11. 中断处理流程
完整流程：
Hardware interrupt
│
▼
CPU
│
▼
ISR (Top Half)
│
▼
Schedule Bottom Half
│
▼
tasklet / workqueue
│
▼
Driver processing
12. 共享中断
Linux 支持：
共享 IRQ
多个设备共用同一个 IRQ。
注册时需要：
IRQF_SHARED
ISR 必须检查：
是不是自己的中断
示例：
if (!device_interrupt)
return IRQ_NONE;
13. 驱动示例
简单中断驱动：
static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
printk("interrupt\n");
return IRQ_HANDLED;
}
static int __init my_init(void)
{
request_irq(irq_num,
my_irq_handler,
IRQF_SHARED,
"my_irq",
NULL);
return 0;
}
static void __exit my_exit(void)
{
free_irq(irq_num,NULL);
}
14. 驱动常见问题
中断丢失
原因：
没有清除中断状态
中断风暴
原因：
中断一直触发
例如：
GPIO状态未清除
ISR执行太长
问题：
阻塞其他中断
解决：
使用 bottom half
15. 总结
Linux 中断核心结构：
Hardware
│
IRQ
│
CPU
│
ISR (Top Half)
│
Bottom Half
│
Driver
最重要原则：
ISR 必须快速
复杂逻辑放 Bottom Half
16. Q&A
16.1 基础理解
1 为什么需要中断？
2 中断和 polling 的区别？
16.2 中断结构
3 IRQ 是什么？
4 request_irq 做了什么？
16.3 上下文
5 为什么 ISR 不能睡眠？
6 为什么 ISR 不能使用 mutex？
16.4 Bottom Half
7 为什么需要 Top Half / Bottom Half？
8 tasklet 和 workqueue 的区别？