原创 Linux中软中断机制分析

构成软中断机制的核心元素包括：

1、  软中断状态寄存器soft interrupt state（irq_stat）

2、  软中断向量表（softirq_vec）

3、  软中断守护daemon

软中断的工作工程模拟了实际的中断处理过程，当某一软中断时间发生后，首先需要设置对应的中断标记位，触发中断事务，然后唤醒守护线程去检测中断状态寄存器，如果通过查询发现某一软中断事务发生之后，那么通过软中断向量表调用软中断服务程序action（）。这就是软中断的过程，与硬件中断唯一不同的地方是从中断标记到中断服务程序的映射过程。在CPU的硬件中断发生之后，CPU需要将硬件中断请求通过向量表映射成具体的服务程序，这个过程是硬件自动完成的，但是软中断不是，其需要守护线程去实现这一过程，这也就是软件模拟的中断，故称之为软中断。

       一个软中断不会去抢占另一个软中断，只有硬件中断才可以抢占软中断，所以软中断能够保证对时间的严格要求。

Linux中软中断实现分析

       在Linux中最多可以注册32个软中断，目前系统用了6个软中断，他们为：定时器处理、SCSI处理、网络收发处理以及Tasklet机制，这里的tasklet机制就是用来实现下半部的，

       描述软中断的核心数据结构为中断向量表，其定义如下：

       struct softirq_action

{

              void (*action)(struct softirq_action *); /* 软中断服务程序 */

              void *data;                                         /* 服务程序输入参数 */

};

       软中断守护daemon是软中断机制的实现核心，其实现过程也比较简单，通过查询软中断状态irq_stat来判断事件是否发生，如果发生，那么映射到软中断向量表，调用执行注册的action函数就可以了。从这一点分析可以看出，软中断的服务程序的执行上下文为软中断daemon。在Linux中软中断daemon线程函数为do_softirq（）。

       触发软中断事务通过raise_softirq（）来实现，该函数就是在中断关闭的情况下设置软中断状态位，然后判断如果不在中断上下文，那么直接唤醒守护daemon。

       常用的软中断函数列表如下：

1、  Open_softirq，注册一个软中断，将软中断服务程序注册到软中断向量表。

2、  Raise_softirq，设置软中断状态bitmap，触发软中断事务。

Tasklet机制实现分析

    当tasklet的软中断事件发生之后，执行tasklet-action的软中断服务程序，该服务程序会扫描一个tasklet的任务列表，执行该任务中的具体服务程序。在这里举一个例子加以说明：

       当用户读写USB设备之后，发生了硬件中断，硬件中断服务程序会构建一个tasklet_struct，在该结构中指明了完成该中断任务的具体方法函数（下半部执行函数），然后将tasklet_struct挂入tasklet的tasklet_struct链表中，这一步可以通过tasklet_schedule函数完成。最后硬件中断服务程序退出并且CPU开始调度软中断daemon，软中断daemon会发现tasklet发生了事件，其会执行tasklet-action，然后tasklet-action会扫描tasklet_struct链表，执行具体的USB中断服务程序下半部。这就是应用tasklet完成中断下半部实现的整个过程。

 

       Linux中的tasklet实现比较简单，其又封装了一个重要数据结构tasklet_struct，使用tasklet主要函数列表如下：

1、  tasklet_init，初始化一个tasklet_struct，当然可以采用静态初始化的方法，宏为：DECLARE_TASKLET。

2、  tasklet_schedule，调度一个tasklet，将输入的tasklet_struct添加到tasklet的链表中。

 

Linux中的软中断机制就是模拟了硬件中断的过程，其设计思想完全可以在其他嵌入式OS中得以应用。