提高中断上半部响应时间

中断上半部（硬中断）本身必须极短、无阻塞、无复杂逻辑，提升响应时间的本质是：把能移到下半部 / 线程的全移走，只留最必要的硬件清中断 + 标记事件，再配合硬件、驱动、内核配置做极致裁剪。

先明确：上半部能做什么、绝对不能做什么

上半部（irq handler）原则：

• 只做 3 件事

  1. 读取中断状态（确认是本设备中断）
  2. 清中断标志（硬件级 ack，避免死循环）
  3. 唤醒下半部：tasklet/workqueue/threaded irq

• 上半部严禁

  • 任何阻塞操作：msleep、mutex、copy_from/to_user、kmalloc(GFP_KERNEL)
  • 复杂循环、大量计算、日志打印（printk极慢）
  • 关中断时间过长（local_irq_save尽量少用、极短）
  • 同一中断线共享逻辑臃肿

只要上半部超过几微秒，就是设计问题，优先重构代码。

驱动层：最直接、收益最大的优化

1. 强制使用线程化中断（threaded irq）

把绝大部分逻辑放到线程上下文，上半部只做判断和唤醒：

// 上半部：极简 static irqreturn_t demo_irq_handler(int irq, void *dev_id) { if (!intr_pending(dev)) return IRQ_NONE; /* 仅清中断 */ clear_intr(dev); return IRQ_WAKE_THREAD; // 直接唤醒线程 } // 下半部：真正的处理逻辑 static irqreturn_t demo_irq_thread(int irq, void *dev_id) { /* 读数据、处理、协议、提交、调度... 所有逻辑放这 */ return IRQ_HANDLED; } // 注册时： ret = devm_request_threaded_irq(dev, irq, demo_irq_handler, // 上半部：极短 demo_irq_thread, // 线程：可调度、可阻塞 IRQF_ONESHOT, "demo_irq", dev);

效果：上半部响应时间直接压到<1µs 级别。

2. 禁用 / 精简共享中断逻辑

• 尽量使用独占有中断线（非共享），避免遍历所有共享 handler
• 若必须共享：尽早判断，不是自己中断立刻返回IRQ_NONE

3. 去掉上半部所有 printk

• pr_info/pr_err在中断上下文会同步写串口 /console，毫秒级延迟
• 调试用：改用trace_printk或 eBPF 打点，生产环境全删

4. 最小化寄存器读写 & 循环

• 合并连续 MMIO 写（必要时加屏障）
• 上半部不要循环轮询状态，轮询一律丢到下半部或定时器

内核配置与调度：降低系统干扰

1. 打开PREEMPT_RT（实时补丁）最有效

如果你追求硬实时、稳定低延迟：

• 启用CONFIG_PREEMPT_RT
• 中断线程化为普通优先级线程，可以绑定 CPU、调高优先级

无 RT 补丁时至少选：

• CONFIG_PREEMPT（完全可抢占内核）
• 关闭CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY、CONFIG_PREEMPT_NONE

2. 中断绑定（SMP 亲和性）

• 把高速 / 关键中断绑到独立核心，避免与用户态、其他中断争抢

echo 2 > /proc/irq/<irq_num>/smp_affinity_list

• 关键中断独占一个 CPU core，并隔离该核：isolcpus=2等

3. 关闭不必要的内核功能

这些都会增加中断路径开销：

• 关闭 debug：CONFIG_DEBUG_INFO、CONFIG_LOCKDEP、CONFIG_PROVE_LOCKING
• 关闭 tracing、perf 采样、ftrace（生产环境）
• 关闭 KASLR、KPTI（如安全允许，可略微降低开销）

CPU 与硬件层面优化

1. 禁用 CPU 深度休眠（C-state）

C-state 切换会导致中断响应毛刺、几十微秒抖动：

• 内核参数：idle=poll或intel_idle.max_cstate=1
• 或在 BIOS 关闭 C3、C6、C7 等深度休眠

2. 固定 CPU 频率，禁用睿频 / 节能

• performance调频策略：

cpupower frequency-set -g performance

• 禁用睿频、turbo boost，减少频率波动带来的延迟抖动

3. 关闭不必要的外设与共享中断

• 多余串口、并口、ACPI 不必要事件、键盘鼠标中断
• 网卡 / 存储设备开启MSI/MSI-X（比传统中断快很多，天然不共享）

极简优化 Checklist

1. 上半部代码控制在10 行以内，只清中断 + 唤醒线程
2. 全线使用request_threaded_irq
3. 上半部无 printk、无循环、无等待、无分配
4. 关键中断绑独立 CPU，内核isolcpus隔离
5. 开启CONFIG_PREEMPT或直接上PREEMPT_RT
6. 关闭 CPU 深度 C-state、频率固定为 performance
7. 设备尽量用MSI/MSI-X，避免共享中断
8. 用 ftrace 量化耗时，确保上半部 < 1~2µs