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主题：《Linux内核模块编程指南》(十二)
发信人: kevintz()
整理人: kevintz(2000-06-24 00:44:41), 站内信件
《Linux内核模块编程指南》
《Linux Kernel Module Programming Guide》
作者：Ori Pomerantz 中译者：谭志([email protected])
译者注：
1、LKMPG是一本免费的书，英文版的发行和修改遵从GPL version 2的许可。为了
节省时间，我只翻译了其中的大部分的大意，或者说这只是我学习中的一些中文
笔记吧，不能算是严格上的翻译，但我认为这已经足够了。本文也允许免费发布
，但发布前请和我联系，但不要把本文用于商业目的。鉴于本人的水平，文章中
难免有错误，请大家不吝指正。
2、本文中的例子在Linux(kernel version 2.2.10)上调试通过。你用的Linux必
须支持内核模块的加载，如果不支持，请在编译内核时选上内核模块的支持或升
级你的内核到一个支持内核模块的版本。
第十二章 中断处理
1、中断处理介绍和实现
除了最后一章，我们在内核模块里所做的只是响应进程的请求，既有处理特
定的文件，发送一个ioctl或发出一个系统调用。但内核模块能做的并不限于响应
进程的请求(它只是重要的一个功能)，它能够和机器上的硬件交谈。
CPU和其它的硬件的通信有两种方式：一是CPU向硬件发指令，另一个是当硬
件需要告诉CPU一些东西，向CPU发信号。第二种方式叫中断，比第一种方式实现
上难度大很多。因为她的处理取决于硬件的状态，而不是CPU是否便利。硬件通常
都有很少数量的RAM，当你不及时读里面的可用信息，它会丢失。
在Linux里，硬件中断叫IRQs(Interrupt Requests的缩写，中断请求)。有两
种IRQs：短中断请求和长中断请求(kevintz注：应该是中断优先级的问题)。短中
断请求是指被认为是要在很短时间内处理完的的中断，处理这种中断时，机器的
其他部分将不会被服务，也没有其他的中断会被处理。长中断是指中断可以用较
长的时间处理完成，而且在处理期间可以允许其他的中断出现(但不会是相同设备
的中断。kevintz注：相同设备的中断优先级相同，只允许高优先级的中断出现)
。如果有可能，最好是把中断处理函数写成长中断请求。
当CPU收到一个中断时，它会停止正在做的东西(除非正在处理的是一个更重
要的中断)，保存一些必要的堆栈参数然后调用中断处理函数。这意味着在中断处
理函数里某一些事情是不允许的，因为系统处于一个未知的状态。解决这个问题
的方法是中断处理函数做一些立刻要处理的事情，通常是从硬件读一些信息或发
一些信息给硬件，然后在以后的某个时间调度一个新的信息处理函数(这被称为"
bottom half")，并返回。内核将保证尽可能快地调用"bottom half"函数。这些
完成以后，内核模块又允许做任何事情了。
这里的实现方法是调用request_irq取得你的中断处理函数(收到相应的IRQ时
被调用，Intel平台有16个IRQ)。request_irq函数接收IRQ号、函数名、标志、一
个显示在/proc/interrupts中的名字和传送到中断处理函数的参数。标志包含SA
_SHIRQ表明你和其他中断处理函数共享中断号(通常是由于一个相同的IRQ号用于
多个设备)而SA_INTERRUPT表明这是一个快速的中断。函数只在没有中断处理函数
和IRQ相连时或你用SA_SHIRQ共享IRQ时才能注册成功。
然后在中断处理函数里，我们用queue_task_irq(kevintz注：2.2以上的版本
应该用queue_task代替)作用于tq_immediate任务队列和mark_bh(BH_IMMEDIATE)
来调度"bottom half"函数。我们不能使用标准的queue_task的原因是中断可能发
生在运行着的queue_task的中间(queue_task_irq用一个全局锁来保护)。我们需
要mark_bh是因为早期版本的Linux有一个32个bottom halves的函数数组，其中一
个(BH_IMMEDIATE)现在是用于驱动程序的bottom half连接列表，驱动程序是不能
通过赋值来取得bottom half的入口的。
2、例子：Intel体系下的键盘中断处理
警告：本章下面的例子完全是针对Intel平台体系的。如果你不是运行在Intel平
台，它将不会正常运作，不要尝试编译这里给出的代码。
我在写本章的例子代码时遇到一个问题。一方面，例子必须运行在每个人的
机器上，并得到有意义的结果，另一方面，内核已经包含了所有公共的设备的驱
动程序了，而这些设备驱动程序将不能和我写的程序共存(kevintz:这些驱动程序
已经对中断作了处理)。我找到的解决方法是写键盘的中断程序，并先禁止常规的
键盘中断处理函数。因为它在内核源代码中定义为一个静态的变量，所以没有方
法去重建它。在insmod这里的代码之前，在另外一个中断睡眠120秒；如果你重视
你的文件系统，你可以重新启动机器。
这里的代码把它自己绑定到IRQ 1，在Intel体系下是键盘控制器的中断请求
号。然后接收键盘中断，读键盘状态(inb(0x64)返回)和扫描码(键盘返回的值)。
一旦内核认为键盘输入已经准备好，就运行got_char取得所用按键的代码(扫描码
的前七位)和是否被按下或释放(第八位)。
/* intrpt.c - An interrupt handler. */
/* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz */
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include <linux/kernel.h> /* We're doing kernel work */
#include <linux/module.h> /* Specifically, a module */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include <linux/modversions.h>
#endif
#include <linux/sched.h>
#include <linux/tqueue.h>
/* We want an interrupt */
#include <linux/interrupt.h>
#include <asm/io.h>
/* Bottom Half - this will get called by the kernel
* as soon as it's safe to do everything normally
* allowed by kernel modules. */
/* Bottom Half函数*/
static void got_char(void *scancode)
{
printk("Scan Code %x %s.\n",
(int) *((char *) scancode) & 0x7F,
*((char *) scancode) & 0x80 ? "Released" : "Pressed");
}
/* This function services keyboard interrupts. It reads
* the relevant information from the keyboard and then
* scheduales the bottom half to run when the kernel
* considers it safe. */
void irq_handler(int irq,
void *dev_id,
struct pt_regs *regs)
{
/* This variables are static because they need to be
* accessible (through pointers) to the bottom
* half routine. */
static unsigned char scancode;
static struct tq_struct task =
{NULL, 0, got_char, &scancode};
unsigned char status;
/* Read keyboard status */
status = inb(0x64);
scancode = inb(0x60);
/* Scheduale bottom half to run */
queue_task(&task, &tq_immediate);
mark_bh(IMMEDIATE_BH);
}
/* Initialize the module - register the IRQ handler */
int init_module()
{
/* Since the keyboard handler won't co-exist with
* another handler, such as us, we have to disable
* it (free its IRQ) before we do anything. Since we
* don't know where it is, there's no way to
* reinstate it later - so the computer will have to
* be rebooted when we're done.
*/
free_irq(1, NULL);
/* Request IRQ 1, the keyboard IRQ, to go to our
* irq_handler. */
return request_irq(
1, /* The number of the keyboard IRQ on PCs */
irq_handler, /* our handler */
SA_SHIRQ,
/* SA_SHIRQ means we're willing to have othe
* handlers on this IRQ.
*
* SA_INTERRUPT can be used to make the
* handler into a fast interrupt.
*/
"test_keyboard_irq_handler", NULL);
}
/* Cleanup */
void cleanup_module()
{
/* This is only here for completeness. It's totally
* irrelevant, since we don't have a way to restore
* the normal keyboard interrupt so the computer
* is completely useless and has to be rebooted. */
free_irq(1, NULL);
}
测试：
警告：这个程序接管了原来的虚拟终端的键盘中断，而且是不能恢复到原来的键
盘中断处理函数的，要在通过网络登陆的伪终端上才能重起系统，否则只能rese
t或按power了!!!所以建议在另一台机上重起系统。网络的伪终端不是会用IRQ，
所以不会有问题。
编译后，insmod intrpt，然后到物理终端(虚拟终端)上敲入一些键，看发生了什
么。在网络伪终端上more /proc/interrupts看有什么变化。
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那一刹那，我开始用心去看这个世界，所有的事物真的可以看得前
所未有的那么清楚……
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