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在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何平衡高性能計(jì)算與實(shí)時(shí)控制一直是工程師面臨的挑戰(zhàn)。STM32MP257的異構(gòu)架構(gòu)為這一難題提供了優(yōu)雅的解決方案，而其中的Cortex-M33實(shí)時(shí)核更是實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時(shí)性能的關(guān)鍵所在。

一、異構(gòu)架構(gòu)：分工明確，效能卓越

STM32MP257采用創(chuàng)新的雙核子系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

Cortex-A35應(yīng)用核（雙核1.5GHz）：運(yùn)行Linux系統(tǒng)，負(fù)責(zé)復(fù)雜UI、網(wǎng)絡(luò)通信、文件管理等非實(shí)時(shí)任務(wù)。

Cortex-M33實(shí)時(shí)核（400MHz）：專攻實(shí)時(shí)控制，具備納秒級(jí)中斷響應(yīng)，集成FPU和DSP指令集。

二、架構(gòu)優(yōu)勢(shì)凸顯：

硬件級(jí)資源隔離：通過(guò)RIF單元確保M33核獨(dú)占關(guān)鍵外設(shè)，避免核間沖突

能效精細(xì)控制：支持獨(dú)立電源域，M33可在A核休眠時(shí)單獨(dú)運(yùn)行

安全可靠：TrustZone技術(shù)，為關(guān)鍵代碼提供硬件級(jí)保護(hù)

三、OpenAMP：異構(gòu)通信的橋梁

OpenAMP是異構(gòu)系統(tǒng)中核心間消息通信的開(kāi)源框架，基于RPMsg+共享內(nèi)存+中斷，讓Linux核和Cortex-M核可以可靠地傳遞消息和數(shù)據(jù)，高效地共享數(shù)據(jù)或協(xié)調(diào)任務(wù)的機(jī)制，簡(jiǎn)化異構(gòu)多核開(kāi)發(fā)。

在STM32MP257中，典型實(shí)現(xiàn)方式包括remoteproc+virtio+RPMsg等。它的核心目標(biāo)是讓Cortex-A核和Cortex-M核協(xié)同工作，同時(shí)保持資源隔離和實(shí)時(shí)性能。

50. Remoteproc框架

STM32MP257使用了RemoteProc框架讓A核運(yùn)行的Linux系統(tǒng)可以更加輕松的和M核進(jìn)行通信控制，RemoteProc主要作用就是對(duì)遠(yuǎn)程處理器的生命周期進(jìn)行管理，即啟動(dòng)、停止遠(yuǎn)程處理器。該框架還會(huì)創(chuàng)建 RPMsg Virtio 設(shè)備。以下是RemoteProc的邏輯框圖：

圖1 RemoteProc運(yùn)行邏輯

在RemoteProc框架中，需要在Linux系統(tǒng)中將M核的固件通過(guò)命令加載到M核的內(nèi)存中。

50. RPMsg框架

RPMsg框架( Remote Processor Messaging Framework )則是實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程處理器信息傳遞。RPMsg是基于VirtIO的消息總線，它允許內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)上可用的遠(yuǎn)程處理器進(jìn)行通信。通訊框架入下圖：

圖2 RPMSG框架

消息服務(wù)基于共享內(nèi)存，使用 RPMsg 和 Virtio 框架，RemoteProc框架則控制遠(yuǎn)程處理器生命周期。信號(hào)通知( Mailbox )服務(wù)則基于內(nèi)部IPCC( Inter-Processor communication controller )，ST提供 OpenAMP相關(guān)庫(kù)。

50. Virtio(虛擬化模塊)

Virtio 是一個(gè)支持虛擬化的 I/O 框架，通過(guò)共享環(huán)形緩沖區(qū)（vring）提供高效的消息傳輸層。Virtio中有兩個(gè)單向的vring，分別用于處理器之間的消息傳遞，RX VRING 用于接收來(lái)自遠(yuǎn)程處理器的消息，TX VRING專用于將消息發(fā)送到遠(yuǎn)程處理器。

四、實(shí)戰(zhàn)演練：異核控制LED

基于異構(gòu)通訊框架，A核通過(guò)發(fā)送LED控制命令，驅(qū)動(dòng)M33核響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)LDE燈的開(kāi)關(guān)操作。

在構(gòu)建前需要將開(kāi)發(fā)板設(shè)備樹(shù)中的gpio_led的藍(lán)燈關(guān)閉，關(guān)閉A核占用，設(shè)備樹(shù)中修改位置具體如下：

圖3 設(shè)備樹(shù)屏蔽藍(lán)燈

關(guān)閉后將設(shè)備樹(shù)單獨(dú)構(gòu)建并更新到開(kāi)發(fā)板中，具體方式請(qǐng)查閱《MYD-LD25X Linux 軟件開(kāi)發(fā)指南》中4.3章節(jié)。

在IDE中導(dǎo)入OpenAMP_TTY_echo_Led例程，導(dǎo)入完成后如下所示：

圖4 例程導(dǎo)入

該例程由官方例程OpenAMP_TTY_echo修改，主要修改即為下圖中虛擬串口回調(diào)函數(shù)的框選部分：

圖5 回調(diào)函數(shù)修改

實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，基本是對(duì)A核的消息進(jìn)行了判斷處理，針對(duì)GPIO的主要控制使用了HAL_GPIO_WritePin函數(shù)，該函數(shù)位于Drivers/BSP/stm32mp2xx_hal_gpio.c：

圖6 函數(shù)實(shí)現(xiàn)

程序運(yùn)行流程圖：

圖7 OpenAMP_TTY_echo_Led流程圖

然后繼續(xù)構(gòu)建，點(diǎn)擊上圖4中的OpenAMP_TTY_echo_Led_CM33_NonSecure，然后點(diǎn)擊上方錘子右邊箭頭并選擇CA35TDCID_m33_ns_sign：

圖8 編譯選擇

選擇后會(huì)立即構(gòu)建編譯，完成后在CA35TDCID_m33_ns_sign目錄中拷貝elf文件到開(kāi)發(fā)板中：

圖9 拷貝文件

確保在開(kāi)發(fā)板中目錄結(jié)構(gòu)如下：

圖10 目錄結(jié)構(gòu)

輸入以下內(nèi)容執(zhí)行腳本，運(yùn)行后如圖所示：

root@myd-ld25x:~/OpenAMP_TTY_echo_Led# ./fw_cortex_m33.sh start

圖11 運(yùn)行程序

在A核輸入以下命令后臺(tái)監(jiān)控M核虛擬串口反饋：

root@myd-ld25x:~/OpenAMP_TTY_echo_Led# cat /dev/ttyRPMSG0 &

root@myd-ld25x:~/OpenAMP_TTY_echo_Led#

輸入以下命令控制Led藍(lán)燈亮滅：

root@myd-ld25x:~/OpenAMP_TTY_echo_Led# echo on > /dev/ttyRPMSG0

root@myd-ld25x:~/OpenAMP_TTY_echo_Led# echo off > /dev/ttyRPMSG0

結(jié)果如下：

圖12 運(yùn)行結(jié)果

圖13 米爾基于STM32MP257核心板及開(kāi)發(fā)板