Jacinto7 TDA4VM處理器的核間通信解決方案

近年來，處理器性能越來越強，無論是通用處理器還是嵌入式處理器，都進入了多核處理器時代，多核處理器中，每個核心不能獨立工作，需要協(xié)同工作才能充分發(fā)揮處理器的性能，也就是需要高效的核間通信（Inter-processor Communication）機制。核間通信的主要目標(biāo)是，充分利用硬件提供的機制，實現(xiàn)高效的核間通信，從而充分發(fā)揮Soc的整體性能。

核間通信（IPC）方案簡介

TI J7 DRA8xx/TDA4xx、AM65xx、J6家族的處理器，基于異構(gòu)、可擴展的架構(gòu)開發(fā)，拿TDA4VM的處理器來說，該處理器包含了TI DSP處理器（C66/C7x）、Cortex A72、Main域Cortex R5F、MCU域Cortex R5F、深度學(xué)習(xí)加速器MMA、圖形處理器GPU等核，屬于多核異構(gòu)的架構(gòu)。Cortex A72可用于通用計算、圖形處理器GPU用于3D圖像的加速、DSP可用于算法的加速、C7x/MMA可支持深度學(xué)習(xí)的處理、Cortex-R5F可用于外設(shè)的控制和圖像的前后處理等。多核異構(gòu)的優(yōu)點是采用適合的核做擅長的事，再加上專用硬件加速器也可處理特定任務(wù)，從而在性能、功耗和成本 上達到最佳平衡。

核間通信（IPC）從軟件的角度來講， IPC提供了運行在處理器上的軟件接口，可供客戶調(diào)用，從而實現(xiàn)在多核處理器中核與核之間的通信。舉個例子來說，如圖1: TI Jacinto7軟件框架紫色框模塊所示，每個核上都運行了IPC軟件模塊，從而實現(xiàn)了TDA4VM上不同核之間的核間通信。本文的后續(xù)部分將以TDA4VM為例說明TI多核異構(gòu)處理器的核間通信方案，對于其它Jacinto7處理器、AM65xx、J6 等多核環(huán)境中的處理器之間進行通信采用的是同樣的方式。

圖1 ： TI Jacinto7 TDA4VM SW Framework

Jacinto7 TDA4VM處理器的核間通信（IPC）框圖如圖2所示，TDA4VM擁有2*A72、6*R5F、2*C66、C7x等核，不同核之間的通信依賴IPC（Inter-Processor Communication）。同時，同一種類型的多個核心又可以運行在不同的模式，比如A72可以運行的SMP模式，雙核R5F可以運行在Lockstep或Split Mode上，因此，核間通信方案要充分利用硬件提供的機制，實現(xiàn)高效的核間通信，從而充分發(fā)揮Soc的整體性能。

圖2 ： TI Jacinto7 TDA4VM IPC Framework

TDA4VM硬件提供了Mailbox硬件模塊，Mailbox中斷機制允許軟件在兩核之間建立通信通道，這種機制類似于郵箱工作的方式。每個核都有一個專屬的郵箱，郵件就是消息內(nèi)容，通過指定接收方，就可以將消息傳遞到指定核。Mailbox硬件上支持中斷，因此指定核有消息時，就會收到中斷，然后開始處理郵件，即處理消息。這就是Mailbox的工作方式。

TDA4VM的IPC方案，基于Mailbox的實現(xiàn)的方式的不同，常用的核間通信方式有兩種。

基于RPMSG的核間通信解決方案，適合小塊數(shù)據(jù)消息傳遞。

基于Share Memory核間通信解決方案，適合大塊數(shù)據(jù)傳輸。

基于RPMSG的核間通信解決方案

RPMSG定義了通信協(xié)議的接口，采用RPMSG協(xié)議，基于Mailbox模塊的核間通信方案如圖3所示，該方案傳遞消息時，首先需要將消息拷貝到的共享內(nèi)存中（VRing），然后，利用Mailbox將消息傳遞到指定核上。

圖3: RPMSG的核間通信解決方案

上圖中術(shù)語和縮寫解釋如下：

核間通信步驟如下所述（步驟如紅色圈中所示）：

發(fā)送端發(fā)送: Core1核調(diào)用Rpmsg_send發(fā)送消息，應(yīng)用程序復(fù)制到兩個 CORE 之間使用的 VRING。此后，IPC 驅(qū)動程序?qū)?VRING ID 發(fā)布到硬件指定Mailbox的通道中。

接收端接收：Core2核上Mailbox觸發(fā)中斷，在core2的 ISR 中，它提取 VRING ID，然后根據(jù) VRING ID，檢查該 VRING 中的任何消息。

接收端發(fā)送: Core2核應(yīng)用程序調(diào)用Rpmsg_send發(fā)送消息，應(yīng)用程序復(fù)制到兩個 CORE之間使用的 VRING。此后，IPC驅(qū)動程序?qū)?VRING ID 發(fā)布到硬件Mailbox 的另外一個通道中。

發(fā)送端接收: Core1核上Mailbox觸發(fā)中斷，在core1的ISR中，它提取 VRING ID，然后根據(jù) VRING ID，檢查該 VRING 中的任何消息。

注意事項：

RPMSG傳輸消息最大512 Byte。

Performance 參考這里.

基于Share Memory核間通信解決方案

基于Share Memory的核間通信解決方案，底層仍然使用的是硬件的模塊Mailbox，如圖4所示所示，發(fā)送和接受采用的是不同的Mailbox通道。 每一組核與核之間使用的都是指定的Mailbox通道。同時，Share Memory的解決方案需要分配指定Share Memory用以核間通信共享數(shù)據(jù)。 Share Memory是一段memory 能夠被多個核所所訪問，所以名為共享內(nèi)存，在TDA4VM中，這段內(nèi)存通常是來自于DDR中的一個數(shù)據(jù)段。共享內(nèi)存在核間通信方案中，一個核可以將數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存，Mailbox可以將內(nèi)存指針傳遞到另一個核上，另一個核可以拿到內(nèi)存指針后，直接從Share Memory讀取數(shù)據(jù)，這一個過程不需要經(jīng)過數(shù)據(jù)的拷貝，因此，非常高效，適合大數(shù)據(jù)量的傳輸。

圖4: 基于Share Memory的核間通信解決方案

核間通信步驟如下所述：

Processor 1: 拷貝數(shù)據(jù)到Share Memory中的指定位置；

Processor 1：將Share Memory中的指定地址等信息寫入Mailbox的指定通道；

Processor 2：接收Mailbox 中斷和消息的地址；

Processor 2：從Share Memory中的指定地址讀取消息；

Processor 2： 處理接收到的消息，并準(zhǔn)備回復(fù)消息；

Processor 2：拷貝數(shù)據(jù)到Share Memory 指定位置；

Processor 2：將Share Memory中的指定地址等信息寫入Mailbox的指定通道；

Processor 1：接收Mailbox 中斷和消息的地址；

Processor 1：從Share Memory中的指定地址讀取消息；

Processor 1：處理接收到的消息。

總結(jié)

核間通信廣泛應(yīng)用于TI的多核異構(gòu)處理器，本文介紹了TI多核異構(gòu)處理器的兩種核間通信（IPC）的兩種解決方案?；赗PMSG的核間通信解決方案采用了RPMSG協(xié)議，廣泛應(yīng)用于Soc內(nèi)部核之間的消息傳遞，比如不同核對Camera的控制。適用于消息量小的類型?；赟hare Memory核間通信解決方案，由于消息傳遞過程不需要數(shù)據(jù)拷貝，數(shù)據(jù)傳輸更高效，因此，適用于大塊的數(shù)據(jù)傳輸，TDA4VM內(nèi)部圖像數(shù)據(jù)的傳輸就來自于這種方案。另外，需要注意的時，TDA4VM劃分了主域核MCU域，MCU域的軟件通常單獨開發(fā)，對于MCU與其它核的通信采用CDD IPC軟件模塊，基于Share Memory核間通信解決方案可適用有大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨蟆?/span>

審核編輯：湯梓紅