Linux 驱动中断与定时完整篇：从 request_threaded_irq 到hrtimer 选型与排障

新时代牛马2026-09-07 20:15

外设「偶发丢中断」、下半部太重把调度延迟打爆、或用 mod_timer 做 100µs 周期控制却怎么都不准------根因通常是 硬中断上下文约束被打破 ，或 定时器类型选错。驱动侧真正该问的是：这件事必须在硬中断里做完吗？能睡吗？精度要到 jiffies 还是要 hrtimer/硬件定时器？

本文把 request_threaded_irq、主 handler/thread_fn 分工、timer_list 与 hrtimer、DT 取中断号、观测与卸载竞态合成一篇可验证闭环。源 chapter（081--083、085--087）为提纲；正文按主线 kernel/irq/ 与 kernel/time/ 真实路径重写。

源码锚点

路径 作用
include/linux/interrupt.h request_irq、request_threaded_irq、IRQF_*、irqreturn_t
kernel/irq/manage.c 申请/释放 IRQ、线程化中断安装
kernel/irq/handle.c 一带 通用中断处理入口（与架构入口衔接）
include/linux/timer.h timer_list、timer_setup、mod_timer、del_timer_sync
kernel/time/timer.c 低分辨率定时器轮
include/linux/hrtimer.h / kernel/time/hrtimer.c 高分辨率定时器
include/linux/workqueue.h 可睡眠重活的投递目标
Documentation/core-api/irq/ IRQ 域、请求与线程化说明

线程化中断 API：

c 复制代码 
/* include/linux/interrupt.h */
int request_threaded_irq(unsigned int irq,
			 irq_handler_t handler,     /* 硬中断；可 NULL */
			 irq_handler_t thread_fn,   /* IRQ 线程；可睡眠 */
			 unsigned long flags,
			 const char *name, void *dev);

/* 返回值：IRQ_HANDLED / IRQ_WAKE_THREAD / IRQ_NONE */

两类定时器骨架：

c 复制代码 
/* jiffies 级 */
timer_setup(&dev->timer, my_timer_cb, 0);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));
/* 卸载：del_timer_sync(&dev->timer); */

/* 高分辨率 */
hrtimer_init(&dev->hr, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
dev->hr.function = my_hr_cb;
hrtimer_start(&dev->hr, ms_to_ktime(1), HRTIMER_MODE_REL);
/* 周期：回调里 hrtimer_forward_now + return HRTIMER_RESTART
   卸载：hrtimer_cancel(&dev->hr); */

从 DT/platform 取 Linux IRQ 号：

c 复制代码 
irq = platform_get_irq(pdev, 0);
/* 或 irq_of_parse_and_map(np, 0) */
if (irq < 0)
	return irq;
err = request_threaded_irq(irq, my_hard, my_thread,
			   IRQF_ONESHOT, "mydrv", priv);

调用链

硬件中断到驱动线程（主路径）

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IRQ_HANDLED
IRQ_WAKE_THREAD
IRQ_NONE
外设拉高 IRQ / MSI
架构入口 handle_domain_irq 等
desc->handle_irq
驱动 primary handler
返回值
结束本轮
唤醒 IRQ 线程
共享中断链下一 handler
thread_fn：可读 I2C / 拷缓冲 / 睡眠
wake_up / complete / queue_work
未清中断源
中断风暴 /proc/interrupts 狂涨

定时路径与可睡眠边界

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回调约束
精度选型
需睡眠
timer_list / jiffies
hrtimer / ktime
硬件定时器 / PWM
定时器回调上下文
不可长时间睡眠
queue_work / 专用线程
超时检测 / 延后释放
高频采样 / 精确截止
强实时控制

重点知识

1. 硬中断里只做「最短必要」

硬中断上下文：不可调度、不可睡眠 。允许：读/清中断状态寄存器、屏蔽该源、搬极少量数据、IRQ_WAKE_THREAD。禁止：mutex_lock、kmalloc(GFP_KERNEL)、阻塞 I2C/SPI 传输、大段 printk、在共享锁上等待进程上下文。

违反时轻则 BUG/sleeping function called from invalid context，重则系统卡死或随机丢中断。

2. 优先 request_threaded_irq

把「响应」与「处理」拆开：

部分 上下文 典型工作
handler 硬中断 清源、确认本设备、返回 IRQ_WAKE_THREAD
thread_fn IRQ 内核线程 可读总线、拷贝缓冲、唤醒等待队列

handler == NULL 时内核使用默认主 handler，强制线程化------适合慢速外设。共享中断必须 IRQF_SHARED，且 dev_id 非 NULL、申请与 free_irq 指针一致；IRQF_ONESHOT 常与线程化联用，防止线程跑完前硬中断重入未处理完的逻辑。

Top-half 过重时的替代：tasklet（不可睡，渐少推荐）、workqueue、专用 kthread、NAPI（网络）。选型原则：能睡用线程/work；要极短用硬中断+最小清源。

3. timer_list vs hrtimer

timer_list hrtimer
基准 jiffies ktime（通常 CLOCK_MONOTONIC）
精度 ~1 tick（常见 1--10ms） 亚毫秒～微秒级（视配置）
适用 超时、延后释放、粗轮询 精确采样、截止时间、周期短任务
回调 不可睡眠 通常不可睡眠

周期 hrtimer：在回调里 hrtimer_forward_now() 并返回 HRTIMER_RESTART。需要睡眠的工作一律 queue_work。用 jiffies 定时器做 100µs 控制是选型错误，应改 hrtimer 或片上硬件定时器/PWM。

4. 配置与观测

bash 复制代码 
# 中断是否进驱动
cat /proc/interrupts | grep -i mydrv
# 绑核（多队列/实时场景）
cat /proc/irq/<n>/smp_affinity
echo <mask> > /proc/irq/<n>/smp_affinity

# 路径与延迟
trace-cmd record -e irq:irq_handler_entry -e irq:irq_handler_exit sleep 2
# 关中断过久：kernelshark / ftrace irqsoff

# 定时器（输出大，调试时用）
# cat /proc/timer_list | head
dmesg | grep -iE 'irq|threaded|NONE'

设备树：interrupts / interrupts-extended 与 interrupt-parent 配错 → 申请到错误虚号或 probe 失败。平台驱动优先 platform_get_irq / platform_get_irq_byname，不要手写魔数。

Kconfig：CONFIG_GENERIC_IRQ_DEBUGFS、高精度定时 CONFIG_HIGH_RES_TIMERS（多数发行版已开）。

5. 卸载与竞态

推荐顺序：

  1. 禁硬件中断源（写设备寄存器）
  2. disable_irq（如需要）+ free_irq
  3. del_timer_sync / hrtimer_cancel
  4. cancel_work_sync
  5. 再释放私有数据

踩坑 ：模块 exit 只 kfree，定时器/IRQ 仍可能触发 → UAF。共享 IRQ 的 dev_id 申请释放不一致 → free_irq 卸错 handler 或失败。

6. 问题速查

现象 优先查
/proc/interrupts 不涨 未 unmask；DT 映射错；请求了错误号；设备未触发
狂涨、系统卡 未清中断源；电平触发配置错
延迟大、实时差 重活在硬中断；线程优先级；关中断过久
定时不准 误用 jiffies；CPU 休眠影响；应 hrtimer/硬件定时
卸载 oops 未 sync 取消定时器/work；未 free_irq

Checklist

  • 能区分 primary handler 与 thread_fn 的约束，并指出 request_threaded_irq 头文件/实现文件
  • 刺激外设后 /proc/interrupts 对应行计数增加
  • 共享中断使用 IRQF_SHARED 且 dev_id 唯一、申请释放一致
  • 硬中断路径无睡眠、无 GFP_KERNEL 分配
  • 按精度在 timer_list / hrtimer / 硬件定时器间正确选型并验证到期
  • 卸载：停定时器 → free_irq → 再释放设备内存
  • DT/platform_get_irq 取得的号与 /proc/interrupts 一致
  • 需要时用 ftrace/trace-cmd 确认未在硬中断里跑重逻辑

小结

驱动里的中断与定时，本质是 把工作放到对的上下文 ：硬中断保响应，线程/work 保可睡眠与可调度，定时器表达未来时刻且回调同样受上下文约束。选对 request_threaded_irq 与 hrtimer，再用 /proc/interrupts 与 ftrace 验证，丢中断、延迟尖刺和「定时不准」大多能落到具体的一层去改。

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