嵌入式学习-驱动开发-lesson3-混杂设备驱动模型与linux中断处理流程

一、混杂设备驱动模型

混杂设备属于字符设备中的一种

在Linux驱动中把无法归类的一些的设备定义为混杂设备(miscdevice)。他们共享相同的主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。
所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

关于混杂设备的主要概念有：

1）.设备描述

Linux中使用struct miscdevice来描述一个混杂设备。

struct miscdevice {
int minor;                                           /* 次设备号*/
const char *name;                              /* 设备名*/
const struct file_operations *fops;     /*文件操作*/
struct list_head list;                            /*misc_list的链表头*/
struct device *parent;                        /*父设备*/
struct device *this_device;                /*当前设备，是device_create的返回值*/
};

2）.设备注册

Linux中使用misc_register函数来注册一个混杂设备驱动。

int misc_register(struct miscdevice * misc)

3）.设备卸载

misc_deregister

4）混杂设备驱动模型的主要流程

1.初始化struct miscdevice

这部分主要是定义struct miscdevice结构，然后struct miscdevice结构里面的内容根据自己的需要进行填充，如：

struct miscdevice misc = {
.minor = 200, /*次设备号*/
.name = "key",
.fops = &key_ops,
};

2.初始化操作函数集

在上面struct miscdevice结构中已经定义了fops 结构，因此我们接下来需要将其初始化，根据需要填充内容。

struct file_operations key_ops = {
    .open = key_open,
};

然后对自己定义的函数进行扩展。

int key_open(struct inode *node ,struct file *filp)
{

return 0;   
}

3.注册miscdevice

将此混杂设备注册到内核中去。

    /*注册混杂设备*/
misc_register(&misc);

4.注销miscdevic

在此驱动卸载的时候，需要将其注销，回收资源。

    /*注销混杂设备*/
misc_deregister(&misc); 

贴上代码：

/*********************************************
*File name :key.c
*Author :stone
*Date :2016/07/28
*Function :混杂设备驱动模型
*********************************************/

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>

int key_open(struct inode *node ,struct file *filp)
{

return 0;   
}

struct file_operations key_ops = {
    .open = key_open,

};

struct miscdevice misc = {
    .minor = 200, /*次设备号*/
    .name = "key",
    .fops = &key_ops,
};

static int key_init()
{
/*注册混杂设备*/
    misc_register(&misc);

}

static void key_exit()
{
/*注销混杂设备*/
    misc_deregister(&misc); 

}

MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(key_init);
module_exit(key_exit);

二、linux中断处理流程

1）裸机中断回顾

裸机的中断在”按键中断“一课中有详细的介绍。6410采用向量中断的方式

当中断发生的时候，硬件自动判断到是那个中断产生，然后就会跳转到相应的中断寄存器里面，中断寄存器里面存放着这个中断的处理程序的地址，然后根据这个地址，就是我们的中断处理程序了，然后进行相应的处理。

2）linux中断分析

关于linux内核中断流程，下面做一个简单的分析：

arch/arm/kernel/entry-armv.S

1.统一的入口

2.在此下面，有一个标号

跳转到此标号处，可以看到经过一系列配置，又到了arch_irq_handler_default处

3.查找arch_irq_handler_default
arch_irq_handler_default是一个宏，在entry-macro-multi.s函数里面

get_irqnr_and_base的作用就是获取中断源，可以进到这个宏里面查看详细的代码，如下：

4.asm_do_IRQ
随后，拿到中断号，跳转到asm_do_IRQ 这个函数

如上图所示，unsigned int irq 为获取到的中断号，同时又调用generic_handle_irq这个函数

5.generic_handle_irq

在generic_handle_irq这个函数中，又调用generic_handle_irq_desc这个函数

在这个函数中，又调用desc->handle_irq(irq, desc);这个便是最终的中断处理函数，
将上面的流程进行综合便可以得到下面的这幅图。

根据上面的分析和上面的图片，我们可以得知，linux内核中断处理流程和裸机有一定的相似之处，其主要流程如下：
1.irq_svc中断的入口
2.获取中断号
3.根据中断号找到相应的中断
4.到相应的中断处取出事先注册好的中断处理函数

因此，我们的驱动需要做的是：
1.实现中断处理程序
2.注册中断，使内核识别

3）中断处理相关函数

1、中断注册

request_irq函数用于注册中断。
函数原型：

int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void*, structpt_regs *),unsigned long flags,const char *devname,void *dev_id)

函数返回值：
返回0表示成功，或者返回一个错误码

参数：
unsigned int irq
中断号

void (handler)(int,void )
自定义的中断处理函数

* unsigned long flags*
与中断管理有关的各种选项，具体可以查看内核相关
如:
• IRQF_DISABLED（SA_INTERRUPT）
如果设置该位，表示是一个“快速”中断处理程序；
如果没有设置这位，那么是一个“慢速”中断处理程序。
• IRQF_SHARED（SA_SHIRQ）
该位表明该中断号是多个设备共享的。

快/慢速中断的主要区别在于：快速中断保证中断处理的原子性(不被打断)，而慢速中断则不保证。换句话说，也就是“开启中断”标志位(处理器IF)在运行快速中断处理程序时是关闭的，因此在服务该中断时,不会被其他类型的中断打断;而调用慢速中断处理时，其它类型的中断仍可以得到服务。

const char * devname
设备名

void *dev_id
共享中断时使用。

2 中断处理程序

中断处理程序的特别之处是在中断上下文中运行的，它的行为受到某些限制:
①.不能使用可能引起阻塞的函数（如果引起阻塞，则整个系统的中断都无法处理）
②.不能使用可能引起调度的函数

其处理流程如下所示：
①检查设备是否产生了中断
②清除中断产生标志
③进行相应的硬件操作

3 注销中断

当设备不再需要使用中断时(通常在驱动卸载时), 应当把它们注销, 使用函数:

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

贴上代码：

/*********************************************
*File name :key.c
*Author :stone
*Date :2016/07/28
*Function :混杂设备驱动加上中断处理流程
*********************************************/

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>

irqreturn_t key_handle(int irq,void *dev_id)
{
/*1.检测是否发生按键中断*/

/*2.清除已经发生的按键中断*/

/*3.打印按键值*/ 
    printk(KERN_WARNING"key down !\n");

return 0;
}
int key_open(struct inode *node ,struct file *filp)
{

return 0;   
}

struct file_operations key_ops = {
    .open = key_open,

};

struct miscdevice misc = {
    .minor = 200, /*次设备号*/
    .name = "key",
    .fops = &key_ops,
};

static int key_init()
{
/*注册混杂设备*/
    misc_register(&misc);

/*中断初始化*/
    request_irq(irqno,key_handle,IRQF_TRIGGER_FALLING,"key",0);
//IRQF_TRIGGER_FALLING 从高电平到低电平产生中断 下降沿

return 0;
}

static void key_exit()
{
/*注销混杂设备*/
    misc_deregister(&misc); 

/*注销中断*/
    free_irq(irqno,0);
}


MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(key_init);
module_exit(key_exit);

菜鸟一枚，如有错误，多多指教。。。