Написание обработчика прерывания
Следующее описание является типичным для обработчика прерывания.
static irqreturn_t intr_handler(int irq, void *dev_id,
struct pt_regs *regs);
Заметим, что оно должно соответствовать аргументу, который передается в функцию request_irq(). Первый параметр, irq, — это численное значение номера прерывания, которое обслуживается обработчиком. Сейчас этот параметр практически не используется, кроме разве что при печати сообщений. Для версий ядра, меньших 2.0, не было параметра dev_id, поэтому параметр irq использовался, чтобы различать устройства, которые обслуживаются одним драйвером, и поэтому используют один и тот же обработчик прерываний (как пример можно рассмотреть компьютер с несколькими контроллерами жесткого диска одного типа).
Второй параметр, dev_id, — это указатель, равный значению, которое было передано в функцию request_irq() при регистрации обработчика прерывания. Если значение этого параметра является уникальным, что необходимо для поддержки совместно используемых прерываний, то его можно использовать как идентификатор для того, чтобы отличать друг от друга различные устройства, которые потенциально могут использовать один обработчик. В связи с тем, что структура (контекст) устройства (device structure) является как уникальной, так и, возможно, полезной при использовании в обработчике, обычно в качестве параметра dev_id передают указатель на эту структуру.
Последний параметр, regs, — это указатель на структуру, содержащую значения регистров процессора и состояние процессора, которые были сохранены перед началом обслуживания прерывания. Этот параметр используется редко, в основном для отладки. Сейчас разработчики начинают склоняться к мысли, что этот параметр нужно убрать. В существующих обработчиках прерываний он используется мало, и если его убрать, то не будет больших разочарований.
Возвращаемое значение обработчиков прерываний имеет специальный тип irqreturn_t. Обработчик может возвращать два специальных значения: IRQ_NONE или IRQ_HANDLED. Первое значение возвращается, если обработчик прерывания обнаружил, что устройство, которое он обслуживает, не является источником прерывания. Второе значение возвращается, если обработчик вызван правильно и устройство, которое он обслуживает, является источником прерывания. Кроме этого, может быть использован макрос IRQ_RETVAL(x). Если значение параметра x не равно нулю, то макрос возвращает значение IRQ_HANDLED, иначе возвращается значение, равное IRQ_NONE. Эти специальные значения позволяют дать ядру информацию о том, генерирует ли устройство паразитные (необрабатываемые) прерывания. Если все обработчики прерывания, которые обслуживают данную линию, возвращают значение IRQ_NONE, то ядро может обнаружить проблему. Заметим, что этот странный тип возвращаемого значения, irqreturn_t, просто соответствует типу int. Подстановка типа используется для того, чтобы обеспечить совместимость с более ранними версиями ядра, у которых не было подобной функции. До серии ядер 2.6 обработчик прерывания имел возвращаемое значение типа void. В коде новых драйверов можно применить переопределение типа typedef irqreturn_t в тип void и драйверы могут работать с ядрами серии 2.4 без дальнейшей модификации.
Обработчик прерываний может помечаться как static, так как он никогда не вызывается непосредственно в других файлах кода.
Роль обработчика прерывания зависит только от устройства и тех причин, по которым это устройство генерирует прерывания. Минимально, обработчик прерывания должен отправить устройству подтверждение о том, что прерывание получено. Дли более сложных устройств необходимо дополнительно отправить и принять данные, а также выполнить другую более сложную работу. Как уже упоминалось, сложная работа должна по возможности выполняться обработчиком нижней половины прерывания, которые будут рассмотрены в следующей главе.
Обработчики прерываний в операционной системе Linux не обязаны быть реентерабельными. Когда выполняется некоторый обработчик прерывания, соответствующая линия запроса на прерывание маскируется на всех процессорах, что предотвращает возможность приема запроса на прерывание с этой пинии. Обычно все остальные прерывания в этот момент разрешены, поэтому другие прерывания могут обслуживаться, тогда как текущая линия всегда является запрещенной. Следовательно, никакой обработчик прерываний никогда не вызывается параллельно самому себе для обработки вложенных запросов на прерывание. Это позволяет значительно упростить написание обработчиков прерываний.
Совместно используемые обработчики
Совместно используемые (shared) обработчики выполняются практически так же, как и не совместно используемые. Существует, однако, три главных отличия.
• Флаг SA_SHIRQ должен быть установлен в параметре flags при вызове функции request_irq().
• Аргумент dev_id этой же функции должен быть уникальным для каждого зарегистрированного обработчика. Достаточным является передача указателя на структуру, которая описывает устройство. Обычно так и поступают, поскольку структура контекста устройства является уникальной для каждого устройства, и, кроме того, данные этой структуры потенциально могут быть полезными при выполнении обработчика. Для совместно используемого обработчика нельзя присваивать параметру dev_id значение NULL!
• Обработчик прерывания должен иметь возможность распознать, сгенерировано ли прерывание тем устройством, которое обслуживается этим обработчиком. Для этого требуется как поддержка аппаратного обеспечения, так и наличие соответствующей логики в обработчике прерывания. Если аппаратное устройство не имеет необходимых функций, то не будет никакой возможности в обработчике прерывания определить, какое из устройств на совместно используемой линии является источником прерывания.
Все драйверы, которые рассчитаны на совместно используемую линию прерывания, должны удовлетворять указанным выше требованиям. Если хотя бы одно из устройств, которые совместно используют линию прерывания, не делает это корректно, то все остальные устройства также не смогут совместно использовать линию. Если функция request_irq() вызывается с указанием флага SH_SHIRQ, то этот вызов будет успешным только в том случае, если для данной линии прерывания еще нет зарегистрированных обработчиков или все обработчики для данной линии зарегистрированы с указанием флага SH_SHIRQ. Заметим, что для ядер серии 2.6, в отличие от более ранних серий, можно "смешивать" совместно используемые обработчики с различными значениями флага SA_INTERRUPT.
Когда ядро получает прерывание, то оно последовательно вызывает все обработчики, зарегистрированные для данной линии. Поэтому важно, чтобы обработчик прерывания был в состоянии определить, какое устройство является источником этого прерывания. Обработчик должен быстро завершиться, если соответствующее ему устройство не генерировало это прерывание. Такое условие требует, чтобы аппаратное устройство имело регистр состояния (status register) или другой аналогичный механизм, которым обработчик может воспользоваться для проверки. На самом деле большинство устройств действительно имеют данную функцию.
Настоящий обработчик прерывания
Давайте рассмотрим настоящий обработчик прерывания, который используется в драйвере устройства RTC (real-time clock, часы реального времени), находящегося в файле drivers/char/rtc.c. Устройство RTC есть во многих вычислительных системах, включая персональные компьютеры (PC). Это отдельное от системного таймера устройство, которое используется для установки системных часов, для подачи сигналов таймера (alarm) или для реализации генераторов периодических сигналов (periodic timer). Установка системных часов обычно производится путем записи значений в специальный регистр или диапазон адресов (номеров портов) ввода-вывода (I/O range). Подача сигналов таймера или генератор периодических сигналов обычно реализуются через прерывания. Прерывание эквивалентно некоторому сигналу таймера: оно генерируется, когда истекает период времени сигнального таймера. При загрузке драйвера устройства RTC вызывается функция rtc_init() для инициализации драйвера. Одна из ее обязанностей — это регистрация обработчика прерывания. Делается это следующим образом.