CPU對共享外設(shè)和資源的調(diào)配方法

繁花之語

在多核異構(gòu)CPU中，多個內(nèi)核就如同多個大腦，而外設(shè)和內(nèi)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(shè)被指定了屬于哪個核，而大部分的外設(shè)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(fā)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(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核同時輸出了信息。

A核和M核同時輸出信息

那么在實際應(yīng)用中，當(dāng)某個外設(shè)需要被指定的內(nèi)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(shè)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(fā)板為例，將多核異構(gòu)處理器對共享外設(shè)和資源的調(diào)配方法介紹給大家。

飛凌嵌入式OKMX8MP-C開發(fā)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(yè)級主頻為1.6GHz)的Arm [color=inherit !important]Cortex-A53多任務(wù)核和1個Cortex-M7實時核，不管是對數(shù)據(jù)的高速吞吐、處理，還是復(fù)雜的[color=inherit !important]人機交互界面處理，都能從容應(yīng)對。

一、A核獨占外設(shè)

這種情況比較簡單，在設(shè)備樹中定義設(shè)備節(jié)點，編譯新的設(shè)備樹，將生成的OK8MP-C.dtb和Image拷貝至以下目錄：開發(fā)板/run/media/mmcblk2p1/ ，重啟[color=inherit !important]iMX8MP開發(fā)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(shè)

對于NXP [color=inherit !important]i.MX8M Plus處理器而言，由于A核和M核對內(nèi)存和外設(shè)的訪問都是共享且平等的，為了確保不產(chǎn)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(nèi)存和外設(shè)的訪問權(quán)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(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。

因此若一個外設(shè)需要被M7內(nèi)核單獨使用，首先要修改A核設(shè)備樹，刪除外設(shè)節(jié)點；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外設(shè)，但在某段時間又需要獨占，后續(xù)再釋放；或者多核的開發(fā)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(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，可以通過寄存器和信號量兩種方式實現(xiàn)某個域?qū)ν庠O(shè)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(shù)值，將允許相應(yīng)的域?qū)δ硞�管腳和內(nèi)存的讀寫使能，如禁止A核域0讀寫某個管腳，則設(shè)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(shè)；其他六個比特位為1，表示允許從域1到域3讀寫此外設(shè)。

每個共享外設(shè)在RDC資源表中均有一個序號，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，實現(xiàn)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(shè)備樹中沒有刪除UART3，所以在A核啟動內(nèi)核解析設(shè)備樹生成設(shè)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(nèi)核將無法正常啟動。可以加10秒延時等待內(nèi)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(shè)獨占。

2. 信號量RDCSEMA42

RDC SEMA42是一個專門配合RDC功能的信號量，當(dāng)某個域獲取某個外設(shè)的SEMA42鎖后，其他的域?qū)�無法訪問此外設(shè)，只能等待域釋放該外設(shè)鎖，才能再訪問。RDC SEMA42數(shù)據(jù)鎖的開啟配置如下：

M核對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)，僅可獨自發(fā)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(fā)板為大家?guī)�來的多核異�?gòu)處理器對外設(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，以滿足不同場景的需要。