【玩轉(zhuǎn)多核異構(gòu)】處理器對(duì)共享外設(shè)和資源的調(diào)配方法
在多核異構(gòu)CPU中，多個(gè)內(nèi)核就如同多個(gè)大腦，而外設(shè)和內(nèi)存等資源就如同手足，那么多個(gè)大腦該如何控制手足才能保證它們正常有序地運(yùn)行呢？以NXP i.MX8M Plus處理器的A核和M核為例，其實(shí)只有少部分外設(shè)被指定了屬于哪個(gè)核，而大部分的外設(shè)都能被A核和M核同時(shí)使用。如下圖所示：
這里我們通過(guò)飛凌嵌入式OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板上的UART3進(jìn)行演示，同時(shí)編寫(xiě)A核和M核程序控制UART3打印信息，通過(guò)UART3將開(kāi)發(fā)板與電腦鏈接，在電腦串口調(diào)試界面可以看到A核和M核同時(shí)輸出了信息。
A核和M核同時(shí)輸出信息
那么在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)某個(gè)外設(shè)需要被指定的內(nèi)核獨(dú)占或被多核同時(shí)使用時(shí)，該如何合理安排時(shí)序才能避免外設(shè)輸出異常呢？接下來(lái)，小編就以飛凌嵌入式OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板為例，將多核異構(gòu)處理器對(duì)共享外設(shè)和資源的調(diào)配方法介紹給大家。
飛凌嵌入式OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板所搭載的NXP i.MX8MPlus處理器具備強(qiáng)悍的性能，集成4個(gè)主頻最高可達(dá)1.8GHz (工業(yè)級(jí)主頻為1.6GHz)的Arm Cortex-A53多任務(wù)核和1個(gè)Cortex-M7實(shí)時(shí)核，不管是對(duì)數(shù)據(jù)的高速吞吐、處理，還是復(fù)雜的人機(jī)交互界面處理，都能從容應(yīng)對(duì)。
一、A核獨(dú)占外設(shè)
這種情況比較簡(jiǎn)單，在設(shè)備樹(shù)中定義設(shè)備節(jié)點(diǎn)，編譯新的設(shè)備樹(shù)，將生成的OK8MP-C.dtb和Image拷貝至以下目錄：開(kāi)發(fā)板/run/media/mmcblk2p1/ ，重啟iMX8MP開(kāi)發(fā)板，同時(shí)M核程序中不初始化UART3即可。以UART3為例：
二、M核獨(dú)占外設(shè)
對(duì)于NXP i.MX8M Plus處理器而言，由于A核和M核對(duì)內(nèi)存和外設(shè)的訪問(wèn)都是共享且平等的，為了確保不產(chǎn)生資源沖突會(huì)通過(guò)資源域（resource domains）控制器從硬件層面來(lái)對(duì)指定內(nèi)存和外設(shè)的訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行保護(hù)。
i.MX8M Plus處理器允許定義最多4個(gè)資源域并將不同的內(nèi)存和外設(shè)資源指定到這些資源域中。默認(rèn)情況下，A核和相關(guān)外設(shè)被指定于域0；當(dāng)M核程序運(yùn)行后，M核以及相關(guān)外設(shè)最初也是域0，但馬上被重新指定于域1。
因此若一個(gè)外設(shè)需要被M7內(nèi)核單獨(dú)使用，首先要修改A核設(shè)備樹(shù)，刪除外設(shè)節(jié)點(diǎn)；其次在M核程序中將域0改為域1；最后再將外設(shè)初始化，這樣就可以單獨(dú)控制了。域轉(zhuǎn)換代碼如下：
三、多核共享外設(shè)
如果多核想共享某個(gè)外設(shè)，但在某段時(shí)間又需要獨(dú)占，后續(xù)再釋放；或者多核的開(kāi)發(fā)人員不是同一人，為了避免出錯(cuò)，在自己的程序中強(qiáng)制獨(dú)占某個(gè)核，是否可以實(shí)現(xiàn)呢？答案是肯定的——使用RDC功能即可。RDC全程為Resource Domain Controller，即資源域控制器，可以通過(guò)寄存器和信號(hào)量?jī)煞N方式實(shí)現(xiàn)某個(gè)域?qū)ν庠O(shè)的獨(dú)占和釋放。
1. 寄存器RDC_PDAPn
由于i.MX8M Plus處理器最多支持4個(gè)域，因此對(duì)寄存器后8比特位寫(xiě)入不同數(shù)值，將允許相應(yīng)的域?qū)δ硞€(gè)管腳和內(nèi)存的讀寫(xiě)使能，如禁止A核域0讀寫(xiě)某個(gè)管腳，則設(shè)置寄存器為0xFC即可，后兩個(gè)比特位為0，表示禁止域0讀寫(xiě)此外設(shè)；其他六個(gè)比特位為1，表示允許從域1到域3讀寫(xiě)此外設(shè)。
每個(gè)共享外設(shè)在RDC資源表中均有一個(gè)序號(hào)，用于區(qū)別其他外設(shè)，如UART3在RDC中定義如下：kRDC_Periph_UART3 = 104U, /**< UART3 RDC Peripheral */
在M核程序中可如下修改程序，實(shí)現(xiàn)M核獨(dú)占UART3的目的。
修改程序驗(yàn)證，此時(shí)只有M核控制UART3打印信息。
僅M核輸出信息
注意：
因?yàn)樵谠O(shè)備樹(shù)中沒(méi)有刪除UART3，所以在A核啟動(dòng)內(nèi)核解析設(shè)備樹(shù)生成設(shè)備文件時(shí)，需對(duì)UART3操作。因M核程序中禁止A核的訪問(wèn)UART3，此時(shí)內(nèi)核將無(wú)法正常啟動(dòng)?？梢约?0秒延時(shí)等待內(nèi)核啟動(dòng)完成，也可在A核啟動(dòng)后，通過(guò)雙核通信告知M核啟動(dòng)RDC外設(shè)獨(dú)占。
2. 信號(hào)量RDCSEMA42
RDC SEMA42是一個(gè)專門(mén)配合RDC功能的信號(hào)量，當(dāng)某個(gè)域獲取某個(gè)外設(shè)的SEMA42鎖后，其他的域?qū)o(wú)法訪問(wèn)此外設(shè)，只能等待域釋放該外設(shè)鎖，才能再訪問(wèn)。RDC SEMA42數(shù)據(jù)鎖的開(kāi)啟配置如下：
M核對(duì)UART3上鎖，獲取管腳的使用權(quán)：
M核釋放UART3的RDC SEMA42鎖，放棄管腳的使用權(quán)：
修改程序后驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)和RDC寄存器一樣，M核上鎖后獲取UART3使用權(quán)，僅可獨(dú)自發(fā)送，A核訪問(wèn)UART3會(huì)出錯(cuò)。釋放SEMA42鎖后，A核和M核就均能訪問(wèn)UART3了。
以上就是小編基于OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板為大家?guī)?lái)的多核異構(gòu)處理器對(duì)外設(shè)和內(nèi)存資源的使用方法，各位工程師小伙伴可以根據(jù)自己的需求靈活設(shè)置策略，以滿足不同場(chǎng)景的需要。
擴(kuò)展閱讀：《MPU進(jìn)化，多核異構(gòu)處理器有多強(qiáng)？A核與M核通信過(guò)程解析》
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