LPC5500雙核基本架構(gòu)！LPC5500雙核面貌特征

這次奉上與LPC5500“核心”相關(guān)的“硬核”技術(shù)——雙核，以饗讀者。誠(chéng)然，MCU雙核已不是什么新鮮玩意兒。但是，LPC5500博采了LPC4300和LPC54110這兩個(gè)系列所長(zhǎng)，使得雙核更簡(jiǎn)單實(shí)用。

LPC5500雙核基本架構(gòu)

雙核并不高深，所謂雙核就是兩個(gè)CPU——中央處理單元，也就是一個(gè)MCU芯片內(nèi)置了兩個(gè)CPU。

和之前支持雙核的LPC系列一樣，針對(duì)于MCU嵌入式應(yīng)用，LPC5500依然采用簡(jiǎn)單的非對(duì)稱架構(gòu)，即一個(gè)主CPU，一個(gè)從CPU，這類似于有些產(chǎn)品采用主MCU和從MCU的設(shè)計(jì)。只是支持雙核的MCU，是共享此MCU所有的存儲(chǔ)器和外設(shè)接口資源。

共享就帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，處理不當(dāng)則影響性能。LPC5500有配套的系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)使得此共享可轉(zhuǎn)化為并行的，從而盡量避免競(jìng)爭(zhēng)，來(lái)保證性能不被影響。

應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)架構(gòu)上的考慮，如下圖所示，主要有兩條：

內(nèi)部AHB總線是多層矩陣架構(gòu)；

分離出多塊獨(dú)立的SRAM。

圖中所示：紅色框是多層AHB矩陣總線；綠色框是多塊分立的存儲(chǔ)塊。主CPU和從CPU的代碼數(shù)據(jù)可存放在不同存儲(chǔ)塊中，它們和圖中左下角大量外設(shè)接口并行的掛在矩陣總線上。

這樣，藍(lán)色框中的雙核CPU0和CPU1，可以同時(shí)并行地對(duì)存儲(chǔ)塊和外設(shè)接口進(jìn)行訪問(wèn)，即程序可以同時(shí)運(yùn)行。如此，則雙核的威力能夠得以充分的發(fā)揮。

至此，我們初步認(rèn)識(shí)了LPC5500雙核，了解了其基本框架。但是，這好比我們只是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的看見(jiàn)了一個(gè)人，大概知道其身形，他具體容貌怎樣的呢？讓我們一起往下看

LPC5500雙核面貌特征

上面提到，LPC5500雙核分為主從，主CPU命名為CPU0，從CPU命名為CPU1。它們都是基于ARM Cortex-M33的。

它們的基本配置構(gòu)成如下：

1、CPU0 (r0p3版):

頻率最高可達(dá)100MHz

TrustZone、DSP、浮點(diǎn)單元和存儲(chǔ)保護(hù)單元(MPU)

內(nèi)置嵌套向量中斷控制器(NVIC)

串行線調(diào)試接口(SWD)

系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器(System tick timer)

內(nèi)置嵌套向量中斷控制器(NVIC)

串行線調(diào)試接口(SWD)

系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器(System tick timer)

2、CPU1 (r0p3版):

頻率最高可達(dá)100 MHz

內(nèi)置嵌套向量中斷控制器(NVIC)

串行線調(diào)試接口(SWD)

系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器(System tick timer)

顯然，作為從的CPU1比主CPU0少了TrustZone、浮點(diǎn)單元(FPU)等，這使得主CPU0天然地計(jì)算處理能力更強(qiáng)。

但是賦予主CPU0這些亮點(diǎn)，不是讓它做顏值擔(dān)當(dāng)，而是任務(wù)擔(dān)當(dāng)?shù)?。這讓我們自然想到雙核的典型應(yīng)用——相信這也是大家很關(guān)心的。

LPC5500雙核典型應(yīng)用

LPC5500的雙核典型應(yīng)用，即基本應(yīng)用思路，與之前LPC4300和LPC54110一樣。

主CPU用來(lái)做處理計(jì)算任務(wù)（比如算法），從CPU負(fù)責(zé)外設(shè)實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)傳輸。

這樣，能充分利用雙核達(dá)到更好性能。參見(jiàn)下圖：

哦，LPC5500雙核很“酷”的樣子，有點(diǎn)“喜歡”上它了，可是，相愛(ài)容易相處難??？！

不要擔(dān)心，難，那是因?yàn)椴欢萌绾巍跋嗵帯薄?/p>

接下來(lái)，讓我們來(lái)聊聊如何和LPC5500雙核“相處”——雙核的實(shí)現(xiàn)，這主要涉及到以下內(nèi)容：雙核啟動(dòng)；雙核通訊；雙核調(diào)試。

1雙核啟動(dòng)

對(duì)于單核MCU，上電啟動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)單明了，如單身狗的生活簡(jiǎn)單自由，該干啥干啥，不能指望也無(wú)需考慮他人。

兩人世界就需要協(xié)商著行動(dòng)了，LPC5500采取了和最早LPC4300系列類似的雙核啟動(dòng)機(jī)制，即出廠默認(rèn)并固定一個(gè)核為主，另一個(gè)為從，不能更改，“專制”卻簡(jiǎn)單易用。

隨后的LPC54110系列則實(shí)行“民主”機(jī)制，兩個(gè)核可以輪流坐莊，即用戶可以在啟動(dòng)過(guò)程中選擇其中之一為主核，這樣提供了靈活性，但略微復(fù)雜。

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，如今新的LPC5500雙核使用固定的主從模式。

LPC5500上電時(shí)，自然地按照主從，主核CPU0如單核一樣直接啟動(dòng)，從核CPU1則hold住不動(dòng)——這由硬件自動(dòng)完成。

主核啟動(dòng)后負(fù)責(zé)初始化運(yùn)行環(huán)境，然后配置好從核的啟動(dòng)地址（即從核代碼映像運(yùn)行的起始地址），最后釋放從核CPU1——這些由軟件完成。這時(shí)，主從雙核就分別如同單核一樣同時(shí)運(yùn)行它們各自的代碼了。

要讓雙核“和諧”運(yùn)作，關(guān)鍵是要讓兩個(gè)核的代碼映像存儲(chǔ)和運(yùn)行空間獨(dú)立互不干擾（參見(jiàn)前面關(guān)于多層總線矩陣和多塊存儲(chǔ)塊的介紹），這點(diǎn)具體實(shí)現(xiàn)方法是靈活的，比單核來(lái)得復(fù)雜些。這里就不具體展開(kāi)，有需要的可找相關(guān)資料學(xué)習(xí)，比如，我們有篇應(yīng)用筆記通過(guò)測(cè)試雙核coremark分?jǐn)?shù)，提供了一種達(dá)到最好性能的實(shí)現(xiàn)方法。不關(guān)心這些細(xì)節(jié)也不用擔(dān)心，NXP已經(jīng)提供了相關(guān)SDK庫(kù)可直接借用。

2雙核通訊

當(dāng)兩個(gè)核都運(yùn)行起來(lái)后，它們可以像兩個(gè)不同行業(yè)的人，各自做著自己的本職工作，默默為社會(huì)貢獻(xiàn)自己的力量，老死不相往來(lái)。但大多數(shù)應(yīng)用中，兩個(gè)核除了各司其職，還需要互相通訊，協(xié)同工作。

LPC5500提供了一套簡(jiǎn)單的硬件通訊機(jī)制，叫內(nèi)部CPU郵箱通訊機(jī)制，可以適用于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)雙核的通訊應(yīng)用。

這套機(jī)制從LPC54110系列繼承而來(lái)，最早的LPC4300系列雙核通訊幾乎完全靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，占用資源，且給使用帶來(lái)不少難度。目前這套機(jī)制，簡(jiǎn)單易用，但不死板，留給用戶一定靈活發(fā)揮空間。

它主要提供了兩種寄存器，一種是32位的CPU中斷寄存器，兩個(gè)CPU都能訪問(wèn)它，32位中只要有一位不為零，就能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，且每一位可代表一個(gè)不同狀況，比如事件或者狀態(tài)，這完全可由用戶自己定義。

這樣CPU間就可相互實(shí)時(shí)通訊了，比如一個(gè)CPU完成某項(xiàng)任務(wù)，寫入一個(gè)非0值到此寄存器，發(fā)出中斷信號(hào)，另一CPU中斷后讀取此值，來(lái)決定后續(xù)工作。

通訊的一大需求就是同步，這就需要另一個(gè)叫做互斥寄存器的來(lái)完成，它只有第0位(bit0)可用，復(fù)位后默認(rèn)值為1。當(dāng)讀此寄存器時(shí)，讀出數(shù)值的同時(shí)這位自動(dòng)被清0；當(dāng)寫它時(shí)，這位將再次被置為1。

此正是互斥量的特性，以用于實(shí)現(xiàn)CPU間對(duì)任何共享資源的握手同步。例如，當(dāng)一個(gè)CPU要訪問(wèn)某共享資源時(shí)，先讀此寄存器，若讀到的是1，表示資源可用，同時(shí)1被自動(dòng)清為0；若讀到0，則表示資源被占用；在CPU用完共享資源時(shí)，即寫此寄存器，使其置1，表示釋放了資源為可用。

這套郵箱機(jī)制簡(jiǎn)單框架圖如下：

順便提下，我們?cè)贚PC5500 SDK包中還提供了一套開(kāi)源多核軟件開(kāi)發(fā)包，包括庫(kù)和大量例程。通過(guò)庫(kù)的API提供了支持用戶實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多核通訊機(jī)制。

這套多核SDK的庫(kù)代碼包含在LPC5500SDK包以下路徑：

middlewaremulticore

例程則在：

oardslpcxpresso55s69multicore_examples

3雙核調(diào)試

LPC5500的雙核都支持SWD調(diào)試模式，就調(diào)試的級(jí)別來(lái)說(shuō)，它們是”平等”的。實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，每個(gè)核一般有自己的工程，它們各自的調(diào)試和單核無(wú)異。

但在兩個(gè)核有關(guān)聯(lián)時(shí)（即前面提到的雙核啟動(dòng)和雙核通訊過(guò)程），調(diào)試要有所注意，關(guān)鍵就是要真正理解了這兩個(gè)過(guò)程機(jī)制，依據(jù)這兩個(gè)機(jī)制的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，則基本沒(méi)什么問(wèn)題。