qnx之中断控制

qnx之中断控制

学习目的：

1.qnx微内核怎样操作硬件中断？

2.我们怎样用代码操作中断？

3.不同的中断操作策略

学习概要

1.中断的概念

2.中断服务子程序中的进程间通信

3.程序架构

1.中断的概念



可抢占中断调度：



不可抢占中断调度：



中断有下特性：

1.它的优先级比任何的线程都高

2.可被高优先级中断抢占（需要平台支持）

3.能被用户空间程序操作（驱动被动态加载，而不是存在内核空间）

4.被内核调用（有内核特权）

中断潜在时间：



影响因素：

1.中断失能花费的时间

2.相同或更高优先级中断服务程序花费时间

3.中断其他的服务程序花费时间

4.特定屏蔽中断花费时间（通常是共享中断和InterruptAttachEvent()）

调度潜在时间：



影响因素：

1.花费在其他中断服务程序的时间

2.被调度的线程优先级高低

3.花费在已经处于READY状态的更高优先级线程的时间

因为中断的优先级比线程高，所以，花费在中断服务程序的时间直接影响到线程调度。

中断调度和中断操作策略

中断相关函数调用：

id = InterruptAttach (int intr,
struct sigevent *(*handler)(void *, int),
void *area, int size, unsigned flags);

id = InterruptAttachEvent (int intr, struct sigevent *event,
unsigned flags);

InterruptDetach (int id);

InterruptWait (int flags, uint64_t *reserved);

InterruptMask (int intr, int id);

InterruptUnmask (int intr, int id);

InterruptLock (struct intrspin *spinlock);

InterruptUnlock (struct intrspin *spinlock);

注：在调用以上函数之前，必须要先调用ThreadCtl(_NTO_TCTL_IO, 0)，以取得I/O特权。

InterruptEnable (void);

InterruptDisable (void);

以上两个函数只用于non-SMP系统，所以并不通用，我们以该使用先两个函数：

InterruptLock();

InterruptUnlock();

一个简单的例子

struct sigevent event;
main ()
{
ThreadCtl (_NTO_TCTL_IO, 0);
SIGEV_INTR_INIT (&event);
id = InterruptAttachEvent (intnum, &event, ...);
for (;;)
{
InterruptWait (0, NULL);
// do the interrupt work here, at thread priority
InterruptUnmask (intnum, id);
}
}

注：当内核控制时， 它将屏蔽掉中断，并且使用event来处理适当的调度。在本例中，因为使用的是SIGEV_INTR，所以 InterruptWait()将不会阻塞。

怎样将中断和event相联系：



一旦一个event和中断相关联后，内核将自动对中断解除屏蔽。

传递给 InterruptAttachEvent()的参数是返回的真实event。

当中断产生以及内核调用时，内核将在线程调度之前自动屏蔽中断，以保证它在的安全性。

例子：

struct sigevent event; //创建一个event

const struct sigevent *
handler (void *not_used, int id) //返回一个实际的event
{
if (check_status_register()) // place-holder for hw code
{
return (&event);
}
else
{
return (NULL);
}

}

main ()
{
ThreadCtl (_NTO_TCTL_IO, 0);
SIGEV_INTR_INIT (&event);
id = InterruptAttach (intnum, handler, NULL, 0, ...);
for (;;)
{
InterruptWait (0, NULL);
// do some or all of the work here
}
}

注：在本例中，这是一个用户提供的中断程序。将有一个work必须在timing reasons中断优先级被完成。中断程序和线程将共享这个work。中断将完成时间关键任务（the time-critical work），然后线程将被唤醒去做非时间关键任务（the non-time-critical work）（数据分析，并传递给其他线程）。///参考linux的底半部，顶半部

在以上的中断程序中， check_status_register() 是去检查硬件的各种状态寄存器，检查硬件是否产生了中断，或者清除中断源。这些在level-sensitive architectures上都是需要的，因为中断将被共享，并且内核将在中断链的最后产生一个EOI（外部中断的中断结束命令），所以我们必须在返回之前清除中断。这也就是为什么在使用InterruptAttachEvent()时，内核要在线程调度前进行中断屏蔽。

怎样将中断服务程序handle和中断向量相联系？



注：一旦一个handler和中断相关联，内核就将对中断解除屏蔽。

area的好处是它可以被传递给你的中断服务程序的第一个参数。它让一个中断程序处理多个中断。

并且它避免了使用全局变量。

logical interrupt中断号是：

在启动时就定义了，在板子的buildfile中。bulid file在QNX-TATGET/cpu/boot/build中。

例如：
# Interrupt Assignments
# ---------------------
#
# vector: 0 (PPC800_INTR_IRQ0)
# trigger: falling edge
# device: unassigned
...
# vector: 15 (PPC800_INTR_LVL7)
# trigger: N/A
# device: Programmable Interval Timer interrupt (system timer)
...
# vector: 0x8001001e (PPC800_INTR_CPMSCC1)
# trigger: N/A
# device: CPM SCC1

interruptAttachEvent and InterruptAttach的flag参数：

1._NTO_INTR_FLAGS_END

内核包含了给每个中断的处理函数和events的队列。这个参数表示新的处理函数和event应该被添加在队列的结尾而不是开头。

2._NTO_INTR_FLAGS_PROCESS

将处理程序/event与进程向关联。通常 它们将与绑定的线程相关联。如果这个线程死了，这个处理程序也就取消绑定。但是如果有这个参数，即使线程死了，处理程序也不会被取消绑定。

你应该使用进程中的event，如pulse或signal

注：如果你使用了这个标志，你的中断handler将不会返回event.sigev_notify of _SIGEV_INTR，因为它将去绑定的可能不再存在的线程。

3._NTO_INTR_FLAGS_TRK_MSK

这个参数指定了当应用app与中断断开绑定时，内核将使用合适的数字来取消中断屏蔽，以保证中断函数正常。通常使用这个flag。

控制中断：

1.使用InterruptMask() and InterruptUnmask() 来对中断进行屏蔽和解屏蔽。

2.为了对一个中断解屏蔽，你必须使用与屏蔽相同的数字来操作。

3.使用 InterruptLock() and InterruptUnlock() 来失能和使能中断。在SMP中使用自旋锁来同步中断

注：Mask/unmask是在PIC（Programmable Interrupt Controller）中进行

Disable/enable 是在CPU中进行。

绑定和解除绑定Attach & Detach？



注解：在开始时，内核屏蔽了所有中断，来避免软件不关心的硬件中断开销。

当一个中断发生时，内核将控制和决定是哪一个中断。它将遍历这个中断的所有handlers和event。对于enent，它将event入队。对于handler，它将准备MMU来启动进程，然后调用handler。如果handler返回一个event，它将入队。在所有的event和handler都完成时，内核将给PIC一个EOI。一旦所用中断都完成时，内核将遍历所有event队列，然后发生调度，然后返回到最高的READY状态的线程。



注解：这个例子展示的内容对于支持共享中断的bus（PCI）来说很有用。

这儿有两个主要的硬件中断架构：edge-sensitive and level-sensitive.

在edge-sensitive架构中，不论硬件中断线状态合适改变，中断都将被注册。存在问题：如果一个设备触发一个中断，中断服务服务程序（ISR）将被调用。如果另一个设备也触发了这个中断，在中断服务程序复位了第一个中断前，非额外中断将被生成给系统，因为当总线正在被第一个设备驱动时，这儿没有第二个edge了。

在level-sensitive架构中，当中断线是激活状态时，中断也被当做激活。当内核产生一个EOI,如果还存在激活状态的中断线时，ISR将被立即再次调用来服务下一个设备。因此在此架构中，ISR必须要清理中断源，或者在返回之前，屏蔽它。

这种清理clear在process level不会被执行。屏蔽mask在InterruptAttachEvent()中是自动执行的。

应该绑定一个handler还是event？

1.对于qnx系统，内核是一个单一故障点。

绑定handler会增加单一故障点，event不会。

2 . event的debug更简单。（ISR不能单步debug）

3 . 在线程中执行h/w操作时，有完整的系统功能。

4.event比handler有更小的系统开销。

（使用event时，不需要MMU工作来取得进程空间操作权）

5 . 为每个中断调度线程会产生更多的系统开销

6 . handler比线程调度有更小的latency。

2.中断服务子程序中的进程间通信

方法：

1.SIGEV_INTR/InterruptWait()

最简单，最快速；必须服务一个线程；queue深度只有1

2.pulse

在频道中能有多个线程来等待接收消息；能入队；最复杂

3.Signal

使用一个signal handler是最费资源的，但是在使用sigwaitinfo()时，比pulse更快一点；能入队

等待中断发生最简单的方法：

InterruptWait (reserved, reserved);

等待线程必须是一开始绑定handler的线程。

使用pulse来通知：

#define INTR_PULSE _PULSE_CODE_MINAVAIL
struct sigevent event;
main ()
{
...
chid = ChannelCreate( 0 );
coid = ConnectAttach( ND_LOCAL_NODE, 0, chid, _NTO_SIDE_CHANNEL, 0 );
SIGEV_PULSE_INIT( &event, coid, MyPriority, INTR_PULSE, 0 );
InterruptAttach( intnum, handler, NULL, 0, _NTO_INTR_FLAGS_TRK_MSK );
for (;;)
{
rcvid = MsgReceive( chid, ... );
if (rcvid == 0)
{
// we got a pulse
}
}
}
const struct sigevent *
handler (void *area, int id)
{
// do whatever work is required
return (&event); // wake up main thread
}

或者：

const struct sigevent *
intHandler (void *not_used, int id)
{
...
if (nothing_to_report)
{
return (NULL);
}
else
{
if (low_priority_event)
{
return (&lowpri_event);
}
else
{
return (&highpri_event);
}
}
...
}