Wiznet makers

Hardware Context

• Target hardware: Embedded Linux boards (e.g., Raspberry Pi, AM335x, i.MX, etc.)
• Ethernet controller: WIZnet W5500 SPI-to-Ethernet chip
• Interface: SPI + dedicated IRQ pin for network interrupt events

Project Overview

Pradeep Tewani, an Embedded Linux developer and trainer, explains how interrupt handling in Linux device drivers works, and demonstrates its application in real embedded scenarios — particularly for SPI-based network controllers such as the WIZnet W5500.

When a hardware interrupt occurs (for example, when the W5500 signals data reception or transmit-complete), the Linux kernel executes the top half of the interrupt handler immediately to acknowledge and defer the heavier work. Then, the bottom half (implemented via tasklets or work queues) runs later to process packets, update buffers, and interact with the networking stack.

This split structure ensures low latency, scalability, and predictable behavior even when multiple interrupts occur or when the system is under high network load.

The combined lessons from the two Embitude articles:

• Linux Interrupt Handling – introduces the interrupt flow and shows how the ISR (top half) and deferred work (bottom half) cooperate.
• Bottom Halves in Linux Device Drivers – dives deeper into the mechanisms (tasklet vs. workqueue), their scheduling differences, and how to choose one depending on driver design.

Together, they form a solid reference for makers or engineers who want to integrate W5500 Ethernet modules into Linux systems with their own kernel-level drivers.

Key Technologies 

• Top-Half / Bottom-Half Interrupt Architecture: Separates fast interrupt response (top half) from deferred heavy tasks (bottom half), minimizing latency.
• Linux Kernel Integration: Implements interrupt service routine (ISR) via request_irq() and schedules work through Tasklets or Workqueues.
• W5500 SPI + IRQ Interface: Dedicated hardware interrupt pin provides precise event triggering for network operations.
• Optimized CPU Load Distribution: Enhances real-time responsiveness and system stability under intense network traffic.

Benefits & Applications

• Reduced latency and improved real-time response
• Lower CPU utilization with efficient interrupt management
• Enhanced system stability for industrial IoT and embedded network devices
• Applicable to routers, gateways, and smart controllers
   

리눅스 드라이버의 Top-Half / Bottom-Half 인터럽트 구조와 WIZnet W5500 SPI-이더넷 드라이버에서의 활용 방식을 자세히 살펴봅니다.

하드웨어 구성

• 대상 하드웨어: 임베디드 리눅스 보드 (예: Raspberry Pi, AM335x, i.MX 등)
• 이더넷 컨트롤러: WIZnet W5500 SPI-to-Ethernet 칩
• 인터페이스: SPI + IRQ 핀 (네트워크 이벤트용 하드웨어 인터럽트)

프로젝트 개요

임베디드 리눅스 전문가 Pradeep Tewani는 리눅스 디바이스 드라이버의 인터럽트 처리 원리를 설명하며, 이를 WIZnet W5500과 같은 SPI 기반 네트워크 컨트롤러에 적용하는 방법을 보여줍니다.
하드웨어 인터럽트가 발생하면(예: W5500이 데이터 수신 또는 전송 완료 신호를 보낼 때) 리눅스 커널은 즉시 Top Half(인터럽트 서비스 루틴, ISR)를 실행해 이벤트를 인식하고, 이후 처리해야 할 복잡한 작업을 Bottom Half(태스크릿 또는 워크큐)로 넘겨 비동기적으로 수행합니다. 이 구조에서 Top Half는 빠른 응답을 담당하고, Bottom Half는 패킷 처리, 버퍼 업데이트, 네트워크 스택 연동 등을 안정적으로 처리함으로써 지연시간을 줄이고 복수의 인터럽트 발생 시에도 시스템의 안정성을 유지합니다.
결과적으로, 이러한 2단계 인터럽트 처리 구조는 고속 이더넷 환경에서도 예측 가능한 동작을 보장하며, 실시간 성능과 안정성을 동시에 확보합니다.

Embitude의 두 편의 글은 이를 다음과 같이 보완 설명합니다.

• Linux Interrupt Handling – 인터럽트 흐름과 ISR/지연 작업의 역할 소개.
• Bottom Halves in Linux Device Drivers – Tasklet vs Workqueue 메커니즘 차이와 드라이버 디자인 시 선택 기준 설명.

본 프로젝트는 이러한 원리를 바탕으로, 임베디드 리눅스 환경에서 WIZnet W5500 이더넷 컨트롤러를 활용한 효율적인 인터럽트(IRQ) 처리 구조를 구현한 사례로, 빈번한 네트워크 이벤트를 빠르고 안정적으로 처리할 수 있도록 리눅스 드라이버 수준에서 최적화된 설계에 초점을 맞추었습니다.

주요 기술

• Top-Half / Bottom-Half 인터럽트 구조: 빠른 반응이 필요한 부분과 비동기 처리 작업을 분리하여 지연 최소화
• 리눅스 커널 통합: request_irq() 를 이용해 ISR을 등록하고, Tasklet 또는 Workqueue를 활용해 후속 작업 비동기 처리
• W5500 SPI + IRQ 연결: 전용 하드웨어 인터럽트 핀을 통해 정확한 네트워크 이벤트 트리거
• CPU 부하 최적화: 네트워크 트래픽 이슈 하에서도 실시간성 과 시스템 안정성 동시 확보

기대 효과 및 응용 분야

• 네트워크 응답 속도 향상 및 지연 감소
• CPU 자원 효율 증가 및 시스템 부하 분산
• 산업용 IoT 및 게이트웨이 장비의 신뢰성 강화
• 스마트 라우터, 네트워크 제어기 등 임베디드 플랫폼에 응용 가능