关中断与自旋锁

2023年11月 · 预计阅读时间： 2 分钟

问题来自于学习DS18B20温度传感器Linux驱动，因为设备脉冲信号时间很短，很可能错失中断，且需要关中断

在read函数中完成硬件操作：启动温度转换，休眠等待1s，再读取温度。关中断使用spin_lock_irqsave(&ds18b20_spinlock, flags);，恢复中断使用spin_unlock_irqrestore(&ds18b20_spinlock, flags);

/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t ds18b20_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;
    unsigned long flags;
    unsigned char kern_buf[9];
    int i;
    int result_buf[2];

    if (size != 8)
    {
        return -EINVAL;
    }

    /* 1.启动温度转换 */

    //  1.1 关中断 
    spin_lock_irqsave(&ds18b20_spinlock, flags);
    //  1.2 发出reset信号并等待回应 
    err = ds18b20_reset_and_wait_ack();
    if (err)
    {
        spin_unlock_irqrestore(&ds18b20_spinlock, flags);
        printk("ds18b20_reset_and_wait_ack first err\n");
        return err;
    }
    //  1.3 发出ROM命令：skip rom，0xcc 
    ds18b20_send_cmd(0xcc);

    //  1.4 发出FUN命令：启动温度转换，0x44 
    ds18b20_send_cmd(0x44);

    //  1.5 恢复中断 
    spin_unlock_irqrestore(&ds18b20_spinlock, flags);


    /* 2.等待温度转换成功： 可能长达1s,需要休眠等待 */
    schedule_timeout_interruptible(msecs_to_jiffies(1000));


    /* 3.读取温度 */

    /* 3.1 关中断 */
    spin_lock_irqsave(&ds18b20_spinlock, flags);
    /* 3.2 发出reset信号并等待回应 */
    err = ds18b20_reset_and_wait_ack();
    if (err)
    {
        spin_unlock_irqrestore(&ds18b20_spinlock, flags);
        printk("ds18b20_reset_and_wait_ack second err\n");
        return err;
    }
    /* 3.3 发出ROM命令：skip rom，0xcc */
    ds18b20_send_cmd(0xcc);
    /* 3.4 发出FUN命令：read scratchpad，0xbe */
    ds18b20_send_cmd(0xbe);
    /* 3.5 读9byte的数据 */
    for ( i = 0; i < 9; i++)
    {
        ds18b20_read_byte_data(&kern_buf[i]);
    }

    /* 3.6 恢复中断 */
    spin_unlock_irqrestore(&ds18b20_spinlock, flags);
    /* 3.7 校验CRC */
    err = ds18b20_verify_crc(kern_buf);
    if (err)
    {
        printk("ds18b20_verify_crc err\n");
        return err;
    }

    /* 4.copy_to_user */
    ds18b20_calc_val(kern_buf, result_buf);
    err = copy_to_user(buf, result_buf, 8); //在imx6ull上一个int是4字节
    
    return 8;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .read    = ds18b20_read,
};

关中断与自旋锁等知识见《Linux设备驱动开发详解 - 宋宝华》7.5自旋锁 7.5.1 自旋锁的使用。自旋锁可以保证临界区不受别的CPU和本CPU内的抢占进程打扰，但是得到锁的代码路径在执行临界区的时候，还可能受到中断和底半部（BH，稍后的章节会介绍）的影响。
spin_lock_irq(spinlock_t *lock): spin_lock(lock) + local_irq_disable()
spin_unlock_irq(spinlock_t *lock): spin_unlock(lock) + local_irq_enable()

spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long flags)： spin_lock(lock) + local_irq_save(flags) //关中断并保存状态字
spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags)： spin_unlock(lock) + local_irq_restore(flags) //开中断并恢复状态字
这两对函数的区别在于 IRQ（中断请求）的状态的保存和恢复方式。
spin_lock_irq() 和 spin_unlock_irq()：
spin_lock_irq() 函数会先禁用 IRQ，然后获取自旋锁。
spin_unlock_irq() 函数会先释放自旋锁，然后启用 IRQ。
这对函数中，IRQ 的状态不会保存和恢复。如果在获取锁期间发生中断，中断处理程序将不会执行，因为 IRQ 被禁用，这可能会导致一些问题。
spin_lock_irqsave() 和 spin_unlock_irqrestore()：
spin_lock_irqsave() 函数会先保存当前 CPU 的 IRQ 状态，并禁用 IRQ，然后获取自旋锁。
spin_unlock_irqrestore() 函数会先释放自旋锁，然后恢复保存的 IRQ 状态。
这对函数会在获取锁之前保存当前 CPU 的 IRQ 状态，并在释放锁后恢复保存的 IRQ 状态。这样，在获取锁期间发生的中断不会被忽略，而是在释放锁后恢复执行中断处理程序。
注意：在使用 spin_lock_irqsave() 和 spin_unlock_irqrestore() 时，必须将 unsigned long 类型的变量用作第二个参数，用于保存和恢复 IRQ 状态。

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