STM32MP1處理器下實現(xiàn)RT-Thread和Linux同時運行

架構(gòu)說明

本項目以 STM32MP157A-DK1 為硬件平臺。作為能夠支持輕松開發(fā)更廣泛應(yīng)用的通用微處理器產(chǎn)品線，STM32MP157 系列基于雙核Cortex-A7 與 Cortex-M4 組成的異構(gòu)架構(gòu)，加強了支持多應(yīng)用和靈活應(yīng)用的能力，可以隨時實現(xiàn)最佳性能和功率數(shù)據(jù)。Cortex-A7 內(nèi)核提供對開源操作系統(tǒng)（Linux/Android）的支持，而 Cortex-M4 內(nèi)核可以利用 STM32 MCU 的生態(tài)系統(tǒng)。本篇文章將介紹如何在 STM32MP157 上運行 RT-Thread OS。

啟動方式

Forced USB boot For flashing : 通過 USB 燒寫固件。在此模式下，可以使用 STM32Cube Programmer 工具燒寫 A7 核固件。

Engineer Mode: 一般用于 M4 核的調(diào)試。由于 STM32MP1 沒有 Flash，所以代碼會被燒寫到 Cortex-M4 核有訪問權(quán)限的 RAM 里面，因此掉電程序會丟失。

SD card on SDMMC1 : 從 SD card 啟動。

工作模式

STM32MP1 有兩種工作模式

工程模式（Engineer Mode），系統(tǒng)上電后，不會啟動 A7 核。M4 核此時可以像平常 STM32 的開發(fā)流程，借助于調(diào)試工具進行調(diào)試。

產(chǎn)品模式（Production Mode)，系統(tǒng)上電后，會先啟動 A7 核，然后由 A7 核來啟動 M4 核。

OpenAMP

開源的非對稱多處理框架（OpenAMP）為開發(fā) AMP 系統(tǒng)提供了必要的 API 函數(shù)。OpenAMP 是 Xilinx 和M entor Graphic 于2014年發(fā)起的一個開源項目，旨在提供一份協(xié)處理器的標準通信框架。OpenAMP 提供用于開發(fā) AMP 系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序所需的軟件組件，它允許操作系統(tǒng)在各種復(fù)雜的同構(gòu)和異構(gòu)結(jié)構(gòu)中交互，并允許不對稱的多處理應(yīng)用程序利用多核配置提供并行性。在 STM32MP1 系列中，A7 和 M4 兩個核心的通信是通過底層的 IPCC 控制器進行，軟件層使用 RPMsg 框架與用戶進行交互。

IPCC

處理器間通信控制器 (IPCC) 用于兩個處理器之間的數(shù)據(jù)交換。它提供了一種非阻塞的信號機制，以原子方式發(fā)布和檢索信息。IPCC 外設(shè)提供了硬件支持來管理兩個處理器之間的通信，每個處理器都擁有特定的寄存器庫和中斷。IPCC 為內(nèi)核間的通信提供了硬件基礎(chǔ)。

STM32MP1 使用 IPCC 外設(shè)進行處理器間通信，配置如下：

IPCC 處理器 1 接口被分配到 ARM Cortex-A7 不安全上下文，由 Linux 郵箱框架進行處理

IPCC 處理器 2 接口被分配到 ARM Cortex-M4 上下文，由 IPCC HAL 驅(qū)動程序進行處理

REMOTEPROC

遠程處理器框架（remoteproc）的主要作用作用是對遠程從處理器進行生命周期的管理，啟動和停止遠程處理器。在 STM32MP157 中，當系統(tǒng)啟動時，A7 核會被先啟動，然后借助于 Linux RemoteProc 框架加載 M4 固件，啟動 M4 內(nèi)核代碼。

RPMsg

Remoteproc 框架實現(xiàn)了對遠程處理器生命周期的管理，RPMsg 框架則實現(xiàn)了對遠程處理器的信息傳遞。

Linux RPMsg （Remote Processor Messaging）框架是在 virtio 框架上實現(xiàn)的信息傳遞機制，以便與遠程處理器進行通信，它基于 virtio vrings 通過共享內(nèi)存發(fā)送、接收來自遠程處理器的消息。

vrings 是單向的，一個 vring 專門用于發(fā)送消息到遠程處理器，另外一個 vring 用于接收來自遠程服務(wù)器的消息。消息服務(wù)基于共享內(nèi)存，共享內(nèi)存（shared memory）是在兩個處理器都具有訪問權(quán)限的內(nèi)存空間中創(chuàng)建的；信號通知（mailbox）服務(wù)基于內(nèi)部 IPCC。

編譯&運行

生成 ELF 文件

在 rt-thread/bsp/stm32/stm32mp157a-st-discovery 目錄下打開 env 工具；

輸入 menuconfig，打開 OpenAMP:

配置串口。由于官方默認的程序中 A7 核（OpenSTLinux）需要使用串口 4 ，所以這里修改 M4 核（RT-Thread）的調(diào)試串口為 UART3：

保存配置，輸入命令 scons --target=iar 生成 IAR 工程。

打開 IAR 工程。編譯，生成 ELF 文件：

KEIL 的操作和上面 IAR 的操作是一樣的，只不過 KEIL 生成的是 axf 文件，一樣可以正常使用。

加載 ELF 文件

設(shè)置 Boot mode 為 SD card on SDMMC1 模式，復(fù)位開發(fā)板:

等待系統(tǒng)初始化完成，輸入命令ifconfig獲取開發(fā)板 IP 地址；

使用 ssh 工具連接開發(fā)板：

上傳 ELF 文件：

連接串口3，作為 M4 核（RT-Thread OS）調(diào)試串口：

使用 Linux Remoteproc 框架加載 Cortex-M4 固件，啟動 Cortex-M4 內(nèi)核：

mv /tmp/RT-Thread-STM32MP1_CM4.elf /lib/firmware/echo RT-Thread-STM32MP1_CM4.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmwareecho start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

啟動 OpenAMP

在 RT-Thread 終端輸入命令 console set openamp 切換 RT-Thread console 設(shè)備為 openamp:

在 Linux 終端輸入以下命令：

stty-onlcr-echo-F/dev/ttyRPMSG0cat/dev/ttyRPMSG0&

在 Linux 終輸入命令進行驗證：

完整操作流程

結(jié)語

STM32MP1 作為 ST 推出的第一顆支持 Linux 系統(tǒng)的 MPU，依托于 STM32 成熟的生態(tài)系統(tǒng)（STM32CubeMX、STM32Cube Programmer），用戶可以快速的進行開發(fā)，驗證。非對稱多處理器架構(gòu)雖然目前在嵌入式領(lǐng)域還不是主流，但未來肯定是趨勢。通過 Linux 與 RT-Thread 操作系統(tǒng)的結(jié)合，可以很輕松的開發(fā)多場景應(yīng)用，如工業(yè)、家居、消費品、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)生和健康等領(lǐng)域。期待未來 RT-Smart 和 RT-Thread 能同時運行在非對稱多處理器上。

本文作者為RT-Thread論壇用戶「Papalymo」在此特別鳴謝