中断下半部之 work queue

Posted 2022-12-10 Li-Yongjun

作用

work queue 和 softirq 和 tasklet 一样，是常用的下半部机制之一。不过，和 softirq 以及 tasklet 不同的是，work queue 的本质是把 work 交给一个内核线程，在进程上下文调度的时候执行。因为这个特点，work queue 允许重新调度和睡眠。这种异步执行的进程上下文，能解决因为 softirq 和 tasklet 执行时间长而导致的系统实时性下降等问题。
当驱动程序在进程上下文中有异步执行的工作任务时，可以用 work 来描述工作任务。把 work 添加到一个链表 worklist 中，然后由一个内核线程 worker 遍历链表，串行地执行挂入worklist 中的所有 work，如果 worklist 中没有 work，那么内核线程 worker 就会变成 IDLE 状态，如果有 work，则执行 work 中的回调函数。

数据结构

work_struct ：
描述一个 work

struct work_struct 
	atomic_long_t data;
	struct list_head entry;
	work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
	struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
;

• data：低 bit 存放状态位，高 bit 存放 worker_pool 的 ID 或者 pool_workqueue 的指针
• entry：用于添加到其它队列上
• func：work 的处理函数，在内核线程 work 中被调用执行

使用

一、初始化
内核推荐驱动开发者使用默认的 work queue，而不是新建 work queue。要使用系统默认的 work queue，首先需要初始化 work，内核提供了相应的宏 INIT_WORK()。
二、调度
初始化 work 后，就可以调用 schedule_work() 函数把 work 挂入系统默认的 work queue 中。

示例

irq_workqueue.c

#include <linux/gpio.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>

#define BUTTON_PIN 12 /* GPIO 12 */

int flag = 0;

static struct work_struct work;

void workqueue_fn(struct work_struct *work)	 // 下半部

	printk("%s(), %s\\n", __func__, current->comm);


static irqreturn_t irq_handler(int irq, void *dev)	// 上半部

	printk("%s(): enter\\n", __FUNCTION__);

	schedule_work(&work);

	printk("%s(): exit\\n", __FUNCTION__);

	return IRQ_HANDLED;


static int led_init(void)

	int err;
	int irq;

	printk("%s()\\n", __FUNCTION__);

	INIT_WORK(&work, workqueue_fn);

	err = gpio_request_one(BUTTON_PIN, GPIOF_IN, "Button");
	if (err)
		return err;

	irq = gpio_to_irq(BUTTON_PIN);
	// enable_irq(irq); // why crash ?
	err = request_irq(irq, irq_handler, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "LED Test", NULL);
	if (err < 0) 
		printk("request irq (%d) failed!\\n", irq);
		return err;
	

	printk("request irq (%d) success!\\n", irq);

	flag = 1;

	return 0;


static void led_exit(void)

	printk("%s()\\n", __FUNCTION__);

	if (flag)
		free_irq(gpio_to_irq(BUTTON_PIN), NULL);

	gpio_free(BUTTON_PIN);

	return;


module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

Makefile

obj-m = irq_workqueue.o

KDIR=/home/liyongjun/project/board/buildroot/RPi3/build/linux-custom
CROSS_COMPILE=/home/liyongjun/project/board/buildroot/RPi3/host/bin/arm-buildroot-linux-gnueabihf-

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) modules

clean:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) clean

gpioout.c

#include "bcm2835.h"
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])

	int n = atoi(argv[1]);
	bcm2835_init();
	bcm2835_gpio_fsel(21, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
	while (n--) 
		bcm2835_gpio_set(21);
		sleep(1);
		bcm2835_gpio_clr(21);
		sleep(1);
	

	return 0;

/home/liyongjun/project/board/buildroot/RPi3/host/bin/arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc gpioout.c -o gpioout.out -L ../bcm2835-1.71/src/ -I ../bcm2835-1.71/src/ -lbcm2835

测试

在树莓派上执行，树莓派 GPIO12 引脚和 GPIO21 使用杜邦线连接。gpioout.out 会操作 21 引脚，使其输出一次高电平和一次低电平，通过杜邦线连接到 12 引脚，进而触发 12 引脚的边沿中断。
产生中断后，会调用中断处理函数 irq_handler()，在中断处理函数中调用 schedule_work(&work) 将 work 挂入系统默认的 worklist，最终由 worker 内核线程执行。

# 
# insmod irq_workqueue.ko 
[ 3907.271811] led_init()
[ 3907.275666] request irq (200) success!
# 
# ./gpioout.out 1
[ 3911.812154] irq_handler(): enter
[ 3911.816768] irq_handler(): exit
[ 3911.821380] workqueue_fn(), kworker/0:1
[ 3912.812235] irq_handler(): enter
[ 3912.816763] irq_handler(): exit
[ 3912.821208] workqueue_fn(), kworker/0:1
# 
# rmmod irq_workqueue.ko 
[ 3916.560012] led_exit()
#