尊天命，尽人事
分类： LINUX
2012-09-17 13:21:45
Linux 内核提供了两个注册中断处理函数的接口：setup_irq和request_irq。这两个函数都定义在kernel/irq/manage.c里。
这两个函数有什么样的区别呢？
先看看setup_irq
Setup_irq通常用在系统时钟(GP Timer)驱动里，注册系统时钟驱动的中断处理函数。
下面举个列子, 如s3c2410 timer驱动：
/* arch/arm/mach-s3c2410/time.c */
static struct irqaction s3c2410_timer_irq = {
.name = "S3C2410 Timer Tick",
.flags = IRQF_DISABLED | IRQF_TIMER,
.handler = s3c2410_timer_interrupt,
};
static void __init s3c2410_timer_init (void)
{
s3c2410_timer_setup();
setup_irq(IRQ_TIMER4, &s3c2410_timer_irq);
}
struct sys_timer s3c24xx_timer = {
.init = s3c2410_timer_init,
.offset = s3c2410_gettimeoffset,
.resume = s3c2410_timer_setup
};
struct sys_timer s3c24xx_timer = {
.init = s3c2410_timer_init,
.offset = s3c2410_gettimeoffset,
.resume = s3c2410_timer_setup
};
可以看到，setup_irq的使用流程很简单。首先定义s3c2410 timer驱动的irqaction结构体，该结构体用于描述timer中断的基本属性包括中断名、类别以及该中断handler等。然后通过setup_irq函数将timer的irqaction注册进内核。其中，IRQ_TIMER4为s3c2410 timer的中断号。
再看看request_irq
request_irq源码如下：
/* kernel/irq/manage.c */
int request_irq(unsigned int irq,
irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
{
struct irqaction *action;
int retval;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
/*
* Lockdep wants atomic interrupt handlers:
*/
irqflags |= SA_INTERRUPT;
#endif
/*
* Sanity-check: shared interrupts must pass in a real dev-ID,
* otherwise we'll have trouble later trying to figure out
* which interrupt is which (messes up the interrupt freeing
* logic etc).
*/
if ((irqflags & IRQF_SHARED) && !dev_id) /* 使用共享中断但没有提供非NULL的dev_id则返回错误 */
return -EINVAL;
if (irq >= NR_IRQS) /* 中断号超出最大值 */
return -EINVAL;
if (irq_desc[irq].status & IRQ_NOREQUEST) /* 该中断号已被使用并且未共享 */
return -EINVAL;
if (!handler)
return -EINVAL;
action = kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_ATOMIC); /* 动态创建一个irqaction */
if (!action)
return -ENOMEM;
/* 下面几行是根据request_irq 传进来的参数对irqaction结构体赋值 */
action->handler = handler;
action->flags = irqflags;
cpus_clear(action->mask);
action->name = devname;
action->next = NULL;
action->dev_id = dev_id;
select_smp_affinity(irq);
retval = setup_irq(irq, action); /* 调用setup_irq注册该中断的irqaction结构体 */
if (retval)
kfree(action);
return retval;
}
由上可以看出，request_irq的大致流程为先对申请的中断线进行安全检测，然后根据request_irq传进来的参数，动态创建该中断对应的irqaction结构体，最后通过setup_irq函数将该irqaction注册进内核适当的位置。
这两个函数的使用流程搞清楚了，那么两者之间的联系也就清楚了：
1） Request_irq的注册过程包含setup_irq，最终是调用setup_irq。
2） Request_irq比setup_irq多一套错误检测机制，即kmalloc前面3行if语句。
而Setup_irq通常是直接注册irqaction，并没针对相应中断线进行错误检测,如该irq 线是否已经被占用等。因此setup_irq通常只用在特定的中断线上，如System timer。除系统时钟驱动外，大部份驱动还是通过request_irq注册中断。
这里有个小问题：
既然Request_irq实际上就是包含了setup_irq的注册过程，那系统时钟驱动(GP Timer Driver)中断可以用request_irq来注册吗？
做个小试验, 将s3c2410 timer驱动的setup_irq那行去掉，改为用request_irq注册。
修改后代码如下：
static void __init s3c2410_timer_init (void)
{
s3c2410_timer_setup();
//setup_irq(IRQ_TIMER4, &s3c2410_timer_irq);
request_irq(IRQ_TIMER4, s3c2410_timer_interrupt,
IRQF_DISABLED | IRQF_TIMER, "S3C2410 Timer Tick", NULL);
}
编译运行。
结果：内核挂掉
为什么呢？很明显，系统时钟驱动中断不能用request_irq注册，大致搜了一下源码也发现，看到其他平台相关的时钟驱动中断部分都是用的setup_irq注册的。
我们来分析一下原因。
看看request_irq和setup_irq 还有哪些细节不一样？
仔细观察后注意到request_irq内有这么一行代码：
action = kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_ATOMIC);
作用为动态创建一个irqaction。
Kmalloc实际上也是使用的slab机制进行分配的。源码如下：
/* include/linux/slab.h */
static inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
if (__builtin_constant_p(size)) {
int i = 0;
#define CACHE(x) \
if (size <= x) \
goto found; \
else \
i++;
#include "kmalloc_sizes.h"
#undef CACHE
{
extern void __you_cannot_kmalloc_that_much(void);
__you_cannot_kmalloc_that_much();
}
found:
return kmem_cache_alloc((flags & GFP_DMA) ?
malloc_sizes[i].cs_dmacachep :
malloc_sizes[i].cs_cachep, flags);
}
return __kmalloc(size, flags);
}
使用slab机制分配内存必须先对slab进行初始化,包括mem_init和kmem_cache_init。
看看kernel的初始化流程:
/* init/main.c */
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
……
time_init();
……
vfs_caches_init_early();
cpuset_init_early();
mem_init(); ?------ initializes the memory data structures
kmem_cache_init(); ?---- set up the general caches
……
}
Time_init 函数在mem_init和kmem_cache_init之前被调用，而time_init会调用体系结构相关部分系统时钟驱动的初始化函数。拿 s3c2410的例子来说，time_init最终会调用s3c2410_timer_init函数，进行s3c2410时钟驱动的初始化和注册中断处理 函数。
具体过程如下：
time_init函数定义在arch/arm/kernel/time.c内:
void __init time_init(void)
{
#ifndef CONFIG_GENERIC_TIME
if (system_timer->offset == NULL)
system_timer->offset = dummy_gettimeoffset;
#endif
system_timer->init(); ?-这行实际执行的就是s3c2410_timer_init
#ifdef CONFIG_NO_IDLE_HZ
if (system_timer->dyn_tick)
system_timer->dyn_tick->lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;
#endif
}
system_timer 在setup_arch(arch/arm/kernel/setup.c)内通过map_desc机制被初始化为s3c24xx_timer. 如上面s3c2410时钟驱动代码所示，s3c24xx_timer的init成员即指向s3c2410_timer_init函数。
现 在我们搞清楚了，我们大概的估计是系统时钟驱动(GP Timer Driver)的中断处理函数不能用request_irq注册是因为request_irq内会调用kmalloc动态分配内存创建timer的 irqaction结构体。而kmalloc也是使用的slab内存分配机制，使用kmalloc前必须先对kernel的slab以及mem data structure进行初始化。而这部分初始化工作是在系统时钟驱动初始化之后才进行的，所以造成kmalloc失败，从而造成系统时钟驱动的中断未注册 成功，进而内核挂掉。
上描述了Request_irq和setup_irq的区别，这里我们来看看，在设备驱动中该怎么使用request_irq和setup_irq。
通过看request_irq和setup_irq的 实现我们可以知道， request_irq的action是通过kmalloc分配得到的，而 free_irq内部调用了__free_irq，__free_irq实际上是将对应的irqaction从action chain（是该中断的action列表，存放在链表中）中去掉并返回此irqaction的指针，然后用kfree去free掉它。这说 明，request_irq申请的中断应该使用free_irq去free掉。
但对于setup_irq，第二个参数irqaction很有可能不是kmalloc得到，因此在使用setup_irq设置一个irqaction后，通常不能用free_irq去free它，否则会出现访问NULL pointer的oops。与setup_irq对应的应该是remove_irq（内部也调用了__free_irq，但是没有去free它的返回值）。
再 来看看，free_irq的第二个参数是dev_id，该参数用于判断要free掉的到底是该中断 action chain中的哪个 irqaction（通过遍历，逐个比较），如果遍历到chain末尾还找不到匹配的irqaction（使得action->dev_id == dev_id）那么就会报Trying to free already-free IRQ的错。
上述结论可以通过查看kernel/irq/manage.c中的具体实现验证。
另 外，disable_irq / enable_irq用于除能和使能某个中断，但对于共享中断要特别注意，一次disable_irq 作用是使得整个中断线上的中断action都被disable掉（实际上是将中断向量irq_desc的status成员置位IRQ_DISABLED， 这将影响该中断向量的整个action chain）
