如何提升 Linux 内核中 GPIO 中断处理速度？

Linux

2024-03-03 01:57:22

Linux 内核 v3.4.113：提升 GPIO 中断处理速度的最佳实践

问题：GPIO 中断的瓶颈

在 Linux 内核 v3.4.113 中，使用 GPIO 输入时，原生内核驱动程序只能每秒处理大约 500 个中断。对于需要快速响应的任务来说，这远远不够。

解决方案：轮询技术

为了解决此问题，我们可以采用轮询技术。轮询是一种不断检查 GPIO 引脚状态的技术，如果检测到状态变化，则会触发中断处理程序。这种方法消除了原生中断处理程序的开销，从而显着提高了中断处理速度。

实现轮询技术

实现轮询技术涉及以下步骤：

使用 GPIO 库： 访问 GPIO 引脚需要借助 Linux 内核提供的 gpio.h 库。
配置 GPIO 引脚： 将其配置为输入模式，使用 gpio_direction_input() 函数。
创建轮询线程： 创建一个线程来定期检查 GPIO 引脚状态，频率应足以捕获所有中断（例如，对于 10MHz 中断，使用 100kHz 线程频率）。
检查 GPIO 引脚： 在轮询线程中，使用 gpio_get_value() 函数检查引脚状态。
触发中断处理程序： 如果检测到状态变化，则使用 irq_handler() 函数触发中断处理程序。

示例代码

以下示例代码演示了如何使用轮询技术提升 GPIO 中断处理速度：

#include <linux/gpio.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/kthread.h>

#define GPIO_IN 6
#define GPIO_FREQ 100000  // 100kHz 轮询频率

unsigned long counter = 0;

static struct task_struct *poll_thread;

static int poll_thread_fn(void *data)
{
    int value;

    while (!kthread_should_stop()) {
        value = gpio_get_value(GPIO_IN);
        if (value) {
            counter++;
        }

        udelay(GPIO_FREQ / 1000);
    }

    return 0;
}

static int __init my_init(void)
{
    int err;

    if ((err = gpio_request(GPIO_IN, "my_gpio")) != 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to request GPIO %d\n", GPIO_IN);
        return err;
    }

    if ((err = gpio_direction_input(GPIO_IN)) != 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to set GPIO %d as input\n", GPIO_IN);
        gpio_free(GPIO_IN);
        return err;
    }

    poll_thread = kthread_run(poll_thread_fn, NULL, "poll_thread");
    if (IS_ERR(poll_thread)) {
        printk(KERN_ERR "Failed to create poll thread\n");
        gpio_free(GPIO_IN);
        return PTR_ERR(poll_thread);
    }

    printk(KERN_INFO "GPIO interrupt polling started\n");

    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    kthread_stop(poll_thread);
    gpio_free(GPIO_IN);
    printk(KERN_INFO "GPIO interrupt polling stopped\n");
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

MODULE_AUTHOR("Example Author");
MODULE_DESCRIPTION("GPIO Interrupt Polling Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");