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随着电子技术的不断发展#xff0c;以及市场需求的日益增长#xff0c;嵌入式系统不仅要求执行复杂的控制任务#xff0c;还需要实时地采集和处理数据。
为了满足这…摘要
本文结合瑞萨RZ/G2L 多核处理器给大家讲述一下多核异构设计及通信的原理。
随着电子技术的不断发展以及市场需求的日益增长嵌入式系统不仅要求执行复杂的控制任务还需要实时地采集和处理数据。
为了满足这些需求多核异构处理器成为了一种流行的解决方案。这类处理器通常结合了ARM架构的A系列核心用于处理高级计算任务以及M系列或R系列核心专注于实时操作。 在这种架构下复杂的控制任务可以由搭载Linux的A核心处理而实时数据的采集和处理则可以交由运行RTOS的M核或R核来完成。 本文结合瑞萨RZ/G2L 多核处理器给大家讲述一下多核异构设计及通信的原理。 瑞萨多核处理器概述 在传统设计中两颗芯片之间需要通过外部接口交换大量数据这不仅占用了宝贵的引脚资源而且数据传输效率低下。 相反集成了A核和M核或R核的多核异构处理器利用内部总线结构实现了快速通信并共享内部资源从而避免了对外部引脚的占用。 这种多核异构的系统设计不仅降低了通信过程中的信息安全风险还减少了芯片采购和管理成本缩减了PCB板的成本和尺寸并简化了开发流程。 瑞萨RZ/G2L处理器概述 配备双核Arm® Cortex®-A55 (1.2 GHz) CPU和单核Arm® Cortex®-M33 (200 MHz) CPU、3D图形加速引擎和视频编码解码引擎器的通用微处理器。
G2L框图 异构通信机制 异构通信机制OPENAMP Open Asymmetric Multi-Processing的方案越来越成熟了。 在RZ/G2L系列的MPU中我们可以看到多核异构架构的一个实际应用。这款MPU拥有一个大核Cortex-A55频率高达1.2GHz能够运行Linux操作系统以及一个小核Cortex-M33频率为200MHz专门用于运行RTOS或裸机(bare-metal)程序。这两个核心之间的异构通信是通过OpenAMP软件框架实现的。 OpenAMP是一个轻量级的通信协议它使得不同的处理器能够通过共享内存或消息传递机制来进行交流。在一个多核处理系统中各个处理器可能会运行不同的软件模块而OpenAMP框架则为这些模块之间的数据交换和协作提供了一种有效的手段。通过这种方式OpenAMP不仅简化了多处理器间的通信还增强了整个系统的协同效率和功能性。见图1。 图1 Virtio 虚拟化模块 Virtio是一个共享内存管理的虚拟设备框架Virtio中的vring是指向数据缓冲区指针的FIFO队列有两个单向的vring一个vring专用于发送到远程处理器的消息另一个vring用于从远程处理器接收的消息 数据就存放于共享的内存中即Vring buffers 一半用于发送一半用于接收。
RPMsg远程处理器消息传递 RPMsg框架位于Virtio的上层RPMsgRemote Processor Messaging框架是一种基于Virtio的消息总线。见图2。 图2 Remoteproc 主处理器上的Linux操作系统可以对远程处理器及其相关软件环境进行生命周期管理即启动或关闭远程处理器。见图3。 图3 IPCC处理器间通信控制器 MHUMessage Handling Unit是MPU芯片内的一个IP模块担任IPCC角色用于Cortex-A55CA55之间或与Cortex-M33CM33之间的消息通信。数据传输通过共享内存方式实现。 一个通道由一对数据传输处理寄存器和响应传输处理寄存器组成共挂载12个通道CA55 Core0/Core1 CM33安全和非安全区域。见图4。 图4 以上介绍了RZ/G2L双核异构的通信方式同时RZ/G2L产品也提供相应的软件支持。 Multi-os (CA55 Linux CM33 RTOS) 客户可以使用灵活的软件包FSP快速开发应用程序使用OpenAMP创建与Linux配合使用的应用程序。见图5。 图5 Cortex-M33开发环境 图6 相应硬件板及软件工具可以通过瑞萨官网获得。 JTAG在线调试 当连接JTAG时必须如下设置DIP SW1。见图7。 图7 CORTEX-M33启动方式 ● CM33由CA55加载启动● 引导过程中有多个时间点可以执行此操作
● Arm Trusted Firmware 启动CM33的最快方法 允许将代码加载到安全RAM中
● u-boot - Multi OS SW package默认方式 CM33 固件容易更新 二进制文件存储在u-boot可以访问的文件系统中
● Linux (remoteproc) 最方便维护软件升级改动少 共享资源 资源共享时请注意如下分配 1、引脚复用
2、内存分配
3、外设分配
