IM6ULL学习第18章Linux 系统对中断的处理

栈

什么是栈

栈是一段内存空间。

ARM处理器程序的运行过程

ARM芯片属于精简指令集(RISC：Reduced Instruction Set Computing)
特点：
1、对内存只有读和写两种指令，
2、所有的数据运算都是在CPU内部完成的。

举例实现a=a+b;
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CPU 先在内存中读取a,b的值放入到CPU的寄存器（这里的寄存器不是指的内存中分配的）中，再进行运算，然后把计算值返回到内存中。
1把内存 a 的值读入 CPU 寄存器 R0，
2 把内存 b 的值读入 CPU 寄存器 R1，
3 把 R0、R1 累加，存入 R0，
4 把 R0 的值写入内存 a。
这个过程中R0 R1寄存器的值会被刷新，那这时如果有B函数打断这个函数，或者响应中断打断这个函数，他们也会使用到CPU中R0，R1寄存器，那么原有的寄存器中的值会被刷新，该如何解决？这时便引入了现场保存和恢复问题。

程序被中断时，怎么保存现场

当正在运行的程序被打断时，这时会将CPU寄存器的值保存到相应的栈中。等恢复现场时，再将这些值取出给CPU寄存器。

举例1函数A中调用函数B流程如下图所示。
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1、函数调用
在函数 A 里调用函数 B，实际就是中断函数 A 的执行，那么需要把函数 A 调用 B 之前瞬间的 CPU 寄存器的值，保存到栈里；再去执行函数 B；B函数可能之前被调用过，会现将B函数的栈中的值回传给CPU中的寄存器中，运行B函数的代码；B函数调用完成以后，恢复现场，现将B函数中的值存进B对应的栈中将A函数的栈中的值取出给CPU，再继续运行A函数的代码
2、中断处理
a) 进程 A 正在执行，这时候发生了中断。
b) CPU 强制跳到中断异常向量地址去执行，
c) 这时就需要保存进程 A 被中断瞬间的 CPU 寄存器值
d) 可以保存在进程 A 的内核态栈，也可以保存在进程 A 的内核结构体中。（这个是不是和后面的两种方法有关我这还不清楚）
e) 中断处理完毕，要继续运行进程 A 之前，恢复这些值。
3、进程切换
a) 在所谓的多任务操作系统中，我们以为多个程序是同时运行的。
b) 如果我们能感知微秒、纳秒级的事件，可以发现操作系统时让这些程序
依次执行一小段时间，进程 A 的时间用完了，就切换到进程 B。
c) 怎么切换？
d) 切换过程是发生在内核态里的，跟中断的处理类似。
e) 进程 A 的被切换瞬间的 CPU 寄存器值保存在某个地方；
f) 恢复进程 B 之前保存的 CPU 寄存器值，这样就可以运行进程 B 了。
可通过下图理解下。
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进程和线程的概念

在 Linux 中：资源分配的单位是进程，调度的单位是线程。

用线程来处理下半部中断原理

内核会提供一个worker线程，这个线程里有个work queue 队列；在这个work queue中放一个work struct 结构体，这个结构体提供一个.fun成员就是要执行的函数。
也就是说，在一个进程里，可能有多个线程，这些线程共用打开的文件句柄、全局变量等等。

这里我理解线程就是任务，他们可以访问这个进程（相当于单片机中的工程）的定义的一些全局变量
而这些线程，之间是互相独立的，“同时运行”，也就是说：每一个线程，都有自己的栈。
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Linux中系统对中断处理方法

Linux系统对中断处理的两个原则

1不能进行中断嵌套，也就是说当前中断响应时，即使优先级更高的中断发生也不能打断当前中断去响应
2中断的处理越快越好。

Linux中的中断的扩展

硬件中断

硬件中断：每个硬件产生的中断比如按键产生的中断，这类中断称为硬件中断。先可以认为硬件中断是由数组实现的。
数组中存放的是函数指针。

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当A中断发生时，相应的A函数将会被调用。

软件中断:

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软件中断和硬件中断相比，软件中断是认为制造的中断，也有相应的中断号和对应的中断函数，此外还有一个flage用于标记是否产生了中断。那么存在以下两个问题。
1软件中断何时生产？
由软件决定，对于 X 号软件中断，只需要把它的 flag 设置为 1 就表示发生了该中断。
2软件中断何时处理？
在处理完硬件中断后，再去处理软件中断。软件中断相当于有硬件中断响应后会遍历一下这个数组，检查是否有flage为1，为1响应响应的软件中断

用上下两部分（硬件中断、软件中断分开）的方式处理中断

这里注意硬件中断不能够被打断，软件中断可以被实时发生的硬件中断打断

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 硬件中断发生时，开始处理，preempt_count(这里简称pct)++为,然后执行中断上半部（硬件中断），硬件中断执行完毕pct--为0，这时判断pct?(pct为0故4为假)执行N，pct++为1然后开启中断（开启中断的意思是可以响应其他硬件中断），处理下半部中断（软件中断），这里分两种情况1、处理软件中断过程中如果没有其他硬件中断打断，则继续处理软件中断，执行完毕后关中断（这时不能响应硬件中断了），然后关中断（硬件中断不能响应），pct-- 为0。2、处理软件中断过程中如果有其他硬件中断（中断B）打断，这时跳到B中断的开始处理处pct++为2 硬件中断B处理，然后pct--为1判断pct，pct为真完成处理，回到硬件中断A的软件中断处，继续处理A和B的软件中断。

实现用线程来处理下半部中断的方法

1先构造一个worker结构体里面提供.func（要执行的函数）
2中断上半部执行时将worker放入work queue中。

线程化的中断进行处理 threaded irq

	对每一个中断都提供一个中断线程。应对于多核cpu。因为一个中断线程只能在一个核上运行，多创建几个可以在多个核的cpu上运行。

	内核提供了一个函数 request_threaded_irq,这个函数中的参数irq为中断号查询哪个中断，handler 为上半部中断，上半部中断可以为空这样上半部中断都可以在线程中运行。你可以thread_fn，系统会为这个函数创建一个内核线程，发生中断时，内核线程就会执行这个函数。

新技术 threaded irq，为每一个中断都创建一个内核线程；多个中断的内核线程可以分配到多个 CPU 上执行，这提高了效率。

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