CPU對共享外設和資源的調配方法

繁花之語

在多核異構CPU中，多個內核就如同多個大腦，而外設和內存等資源就如同手足，那么多個大腦該如何控制手足才能保證它們正常有序地運行呢？以[color=inherit !important]NXP [color=inherit !important]i.MX8M Plus處理器的A核和M核為例，其實只有少部分外設被指定了屬于哪個核，而大部分的外設都能被A核和M核同時使用。如下圖所示：

這里我們通過[color=inherit !important]飛凌嵌入式OKMX8MP-C[color=inherit !important]開發板上的UA[color=inherit !important]RT3進行演示，同時編寫A核和M核程序控制UAR[color=inherit !important]T3打印信息，通過UART3將開發板與電腦鏈接，在電腦串口調試界面可以看到A核和M核同時輸出了信息。

A核和M核同時輸出信息

那么在實際應用中，當某個外設需要被指定的內核獨占或被多核同時使用時，該如何合理安排時序才能避免外設輸出異常呢？接下來，小編就以[color=inherit !important]飛凌[color=inherit !important]嵌入式OKMX8MP-C開發板為例，將多核異構處理器對共享外設和資源的調配方法介紹給大家。

飛凌嵌入式OKMX8MP-C開發板所搭載的NXP [color=inherit !important]i.MX8MPlus處理器具備強悍的性能，集成4個主頻最高可達1.8GHz (工業級主頻為1.6GHz)的Arm [color=inherit !important]Cortex-A53多任務核和1個Cortex-M7實時核，不管是對數據的高速吞吐、處理，還是復雜的[color=inherit !important]人機交互界面處理，都能從容應對。

一、A核獨占外設

這種情況比較簡單，在設備樹中定義設備節點，編譯新的設備樹，將生成的OK8MP-C.dtb和Image拷貝至以下目錄：開發板/run/media/mmcblk2p1/ ，重啟[color=inherit !important]iMX8MP開發板，同時M核程序中不初始化UART3即可。以UART3為例：

二、M核獨占外設

對于NXP [color=inherit !important]i.MX8M Plus處理器而言，由于A核和M核對內存和外設的訪問都是共享且平等的，為了確保不產生資源沖突會通過資源域（resource domains）控制器從硬件層面來對指定內存和外設的訪問權限進行保護。

i.MX8M Plus處理器允許定義最多4個資源域并將不同的內存和外設資源指定到這些資源域中。默認情況下，A核和相關外設被指定于域0；當M核程序運行后，M核以及相關外設最初也是域0，但馬上被重新指定于域1。

因此若一個外設需要被M7內核單獨使用，首先要修改A核設備樹，刪除外設節點；其次在M核程序中將域0改為域1；最后再將外設初始化，這樣就可以單獨控制了。域轉換代碼如下：

三、多核共享外設

如果多核想共享某個外設，但在某段時間又需要獨占，后續再釋放；或者多核的開發人員不是同一人，為了避免出錯，在自己的程序中強制獨占某個核，是否可以實現呢？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，可以通過寄存器和信號量兩種方式實現某個域對外設的獨占和釋放。

1. 寄存器RDC_PDAPn

由于i.MX8M Plus處理器最多支持4個域，因此對寄存器后8比特位寫入不同數值，將允許相應的域對某個管腳和內存的讀寫使能，如禁止A核域0讀寫某個管腳，則設置寄存器為0xFC即可，后兩個比特位為0，表示禁止域0讀寫此外設；其他六個比特位為1，表示允許從域1到域3讀寫此外設。

每個共享外設在RDC資源表中均有一個序號，用于區別其他外設，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，實現M核獨占UART3的目的。

修改程序驗證，此時只有M核控制UART3打印信息。

僅M核輸出信息

注意：

因為在設備樹中沒有刪除UART3，所以在A核啟動內核解析設備樹生成設備文件時，需對UART3操作。因M核程序中禁止A核的訪問UART3，此時內核將無法正常啟動。可以加10秒延時等待內核啟動完成，也可在A核啟動后，通過雙核通信告知M核啟動RDC外設獨占。

2. 信號量RDCSEMA42

RDC SEMA42是一個專門配合RDC功能的信號量，當某個域獲取某個外設的SEMA42鎖后，其他的域將無法訪問此外設，只能等待域釋放該外設鎖，才能再訪問。RDC SEMA42數據鎖的開啟配置如下：

M核對UART3上鎖，獲取管腳的使用權：

M核釋放UART3的RDC SEMA42鎖，放棄管腳的使用權：

修改程序后驗證，發現和RDC寄存器一樣，M核上鎖后獲取UART3使用權，僅可獨自發送，A核訪問UART3會出錯。釋放SEMA42鎖后，A核和M核就均能訪問UART3了。

以上就是小編基于OKMX8MP-C開發板為大家帶來的多核異構處理器對外設和內存資源的使用方法，各位工程師小伙伴可以根據自己的需求靈活設置策略，以滿足不同場景的需要。