多核异构处理器对共享外设和资源的调配方法

飞凌嵌入式 · 发表于 2023-2-9 14:25

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本帖最后由飞凌嵌入式于 2023-2-9 15:49 编辑

在多核异构CPU中，多个内核就如同多个大脑，而外设和内存等资源就如同手足，那么多个大脑该如何控制手足才能保证它们正常有序地运行呢？

以NXP i.MX8M Plus处理器的A核和M核为例，其实只有少部分外设被指定了属于哪个核，而大部分的外设都能被A核和M核同时使用。如下图所示：

这里我们通过飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板上的UART3进行演示，同时编写A核和M核程序控制UART3打印信息，通过UART3将开发板与电脑链接，在电脑串口调试界面可以看到A核和M核同时输出了信息。

A核和M核同时输出信息

那么在实际应用中，当某个外设需要被指定的内核独占或被多核同时使用时，该如何合理安排时序才能避免外设输出异常呢？接下来，小编就以飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板为例，将多核异构处理器对共享外设和资源的调配方法介绍给大家。

飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板所搭载的NXP i.MX8M Plus处理器具备强悍的性能，集成4个主频最高可达1.8GHz(工业级主频为1.6GHz)的ARM Cortex-A53多任务核和1个Cortex-M7实时核，不管是对数据的高速吞吐、处理，还是复杂的人机交互界面处理，都能从容应对。

01.A核独占外设

这种情况比较简单，在设备树中定义设备节点，编译新的设备树，将生成的OK8MP-C.dtb和Image拷贝至以下目录：

开发板/run/media/mmcblk2p1/

重启开发板，同时M核程序中不初始化UART3即可。以UART3为例：

02. M核独占外设

对于NXP i.MX8M Plus处理器而言，由于A核和M核对内存和外设的访问都是共享且平等的，为了确保不产生资源冲突会通过资源域（resource domains）控制器从硬件层面来对指定内存和外设的访问权限进行保护。

i.MX8M Plus处理器允许定义最多4个资源域并将不同的内存和外设资源指定到这些资源域中。默认情况下，A核和相关外设被指定于域0；当M核程序运行后，M核以及相关外设最初也是域0，但马上被重新指定于域1。

因此若一个外设需要被M7内核单独使用，首先要修改A核设备树，删除外设节点；其次在M核程序中将域0改为域1；最后再将外设初始化，这样就可以单独控制了。域转换代码如下：

03.多核共享外设

如果多核想共享某个外设，但在某段时间又需要独占，后续再释放；或者多核的开发人员不是同一人，为了避免出错，在自己的程序中强制独占某个核，是否可以实现呢？

答案是肯定的——使用RDC功能即可。RDC全程为Resource Domain Controller，即资源域控制器，可以通过寄存器和信号量两种方式实现某个域对外设的独占和释放。

1. 寄存器RDC_PDAPn

由于i.MX8M Plus处理器最多支持4个域，因此对寄存器后8比特位写入不同数值，将允许相应的域对某个管脚和内存的读写使能，如禁止A核域0读写某个管脚，则设置寄存器为0xFC即可，后两个比特位为0，表示禁止域0读写此外设；其他六个比特位为1，表示允许从域1到域3读写此外设。

每个共享外设在RDC资源表中均有一个序号，用于区别其他外设，如UART3在RDC中定义如下：kRDC_Periph_UART3 = 104U, /**< UART3 RDC Peripheral */

在M核程序中可如下修改程序，实现M核独占UART3的目的。

修改程序验证，此时只有M核控制UART3打印信息。

仅M核输出信息

注意：

因为在设备树中没有删除UART3，所以在A核启动内核解析设备树生成设备文件时，需对UART3操作。因M核程序中禁止A核的访问UART3，此时内核将无法正常启动。可以加10秒延时等待内核启动完成，也可在A核启动后，通过双核通信告知M核启动RDC外设独占。

2. 信号量RDCSEMA42

RDC SEMA42是一个专门配合RDC功能的信号量，当某个域获取某个外设的SEMA42锁后，其他的域将无法访问此外设，只能等待域释放该外设锁，才能再访问。

RDC SEMA42数据锁的开启配置如下：

M核对UART3上锁，获取管脚的使用权：

M核释放UART3的RDC SEMA42锁，放弃管脚的使用权：

修改程序后验证，发现和RDC寄存器一样，M核上锁后获取UART3使用权，仅可独自发送，A核访问UART3会出错。释放SEMA42锁后，A核和M核就均能访问UART3了。

以上就是小编基于OKMX8MP-C开发板为大家带来的多核异构处理器对外设和内存资源的使用方法，各位工程师小伙伴可以根据自己的需求灵活设置策略，以满足不同场景的需要。

Ele_insect · 发表于 2023-2-9 16:10

异构多核处理器芯片面积利用率高、处理器功耗低、应用程序的并行化程度高

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