1. 系统中断的概念
在计算机操作系统中，中断是一种特殊的事件，它会暂停正在执行的程序，转而执行另外一段代码。在Linux操作系统中，中断可以是硬件中断，也可以是软件中断。
硬件中断是由计算机硬件发出的信号，用于通知操作系统某个事件的发生。例如，键盘输入、鼠标点击、硬盘读写等都可以产生硬件中断。操作系统接收到硬件中断信号后，会暂停当前的任务，转而执行与中断相关的代码。
软件中断是由操作系统或应用程序设置的一种中断机制。它可以通过软件发出中断信号，让操作系统执行相应的代码。软件中断通常用于系统调用、异常处理等场景。
2. 中断处理程序
2.1 中断处理程序的注册
在Linux中，中断处理程序可以通过注册的方式与中断事件关联起来。当中断事件发生时，操作系统会自动调用相应的中断处理程序来处理该事件。
中断处理程序的注册使用request_irq()函数，具体的使用方法可以参考内核文档：Documentation/kernel-api/irq.rst。在注册中断处理程序时，需要指定中断号、中断类型、中断处理函数等参数。
2.2 中断处理函数的编写
中断处理函数是中断处理程序的核心部分，它会在中断事件发生时被调用。中断处理函数需要尽可能地快速执行，以免影响系统的响应能力。
在编写中断处理函数时，应遵循以下原则：
尽量减少对全局变量的访问，以提高执行效率。
避免在中断处理函数中进行复杂的计算或延时操作，以免影响系统的实时性。
确保中断处理函数的执行时间尽可能短，避免长时间占用CPU。
3. 中断上下文
3.1 中断上下文的概念
中断上下文是指中断处理函数执行过程中的环境信息，包括中断堆栈、CPU寄存器等。在Linux中，中断上下文分为两种类型：硬中断上下文和软中断上下文。
硬中断上下文是由硬件中断触发的中断上下文，它在内核态执行，具有最高的优先级。硬中断上下文对于保证系统实时性至关重要。
软中断上下文是由软件中断触发的中断上下文，它比硬中断上下文的优先级低，但仍然比普通的进程上下文高。
3.2 中断上下文的限制
在中断上下文中，许多操作是受限制的。例如，中断上下文不能睡眠，不能调用会导致重新调度的函数等。
为了避免在中断上下文中引入不可预料的问题，应遵循以下原则：
尽量将复杂的操作放在进程上下文中执行，避免在中断上下文中执行。
尽量避免在中断上下文中进行阻塞操作，例如等待锁、等待I/O等。
如果必须在中断上下文中执行一些操作，应仔细评估其潜在的影响，并确保操作尽量简单高效。
4. 中断控制器
4.1 中断控制器的概念
中断控制器是一种硬件设备，用于管理系统中的中断。在Linux中，中断控制器通常是由芯片厂商提供的，其具体实现会与具体的硬件平台相关。
中断控制器的主要功能包括：
分发中断信号给CPU。
管理中断请求，包括使能、屏蔽等。
处理中断冲突。
4.2 中断控制器的配置
在Linux中，中断控制器的配置通常是在设备树中完成的。设备树是一种描述硬件设备的数据结构，用于在启动时传递硬件信息给内核。
配置中断控制器的设备树节点示例如下：
interrupt-controller {
compatible = "vendor,intc";
#interrupt-cells = <1>;
/* 中断号与中断触发类型的映射 */
interrupt-map = &lpi2c1 32;
interrupt-map-mask = <0 0 0 7>;
};
lpi2c1: lpi2c@40066000 {
compatible = "vendor,lpi2c";
interrupt-parent = <&interrupt-controller>;
interrupts = <32 3>; /* 中断号为32，触发类型为边沿触发 */
};
其中，interrupt-controller节点描述了中断控制器本身的信息，lpi2c1节点描述了一个具体的设备，并指定了其中断相关的信息。
5. 中断共享
在某些情况下，多个设备可能会共享同一个中断线。例如，在一些高性能的服务器中，多个磁盘控制器可能共享同一个中断线。
在Linux中，如果多个设备共享同一个中断线，需要通过适当的配置来确保中断处理程序能正确地处理每个中断事件。
具体的中断共享配置方法可以参考硬件平台的文档或芯片厂商提供的资料。
6. 总结
中断是Linux操作系统中一种重要的事件处理机制，它可以提高系统的实时性和响应能力。在编写中断处理程序时，需要注意尽量减少对全局变量的访问，避免复杂的计算或延时操作，确保中断处理函数的执行时间尽可能短。在中断上下文中，需要遵循一些限制和规范，避免引入不可预料的问题。同时，中断控制器的配置和中断共享也是需要注意的问题。