SoC的核間通信機制—mailbox介紹

正文

目前很多芯片都會有幾個core核，有的是Cortex M0+、M4、M7、A53、A73等等，有的有著2核、3核、4核甚至6核8核，不同的核的主頻支持度不一樣，適用的具體應(yīng)用場景也不同，因此需要IPC（Inter-processor communication）來核間通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

核間通信（IPC）的主要目標(biāo)是：充分利用硬件提供的機制，實現(xiàn)高效的CORE間通信；給需要CORE間通信的應(yīng)用程序提供簡潔高效的編程接口。

根據(jù)所使用的硬件特性，核間通信的實現(xiàn)機制有：

• Mailbox中斷
• 基于共享內(nèi)存的消息隊列

封裝-VRING-解析的過程：

1、應(yīng)用程序向給定目的地（CPU、端點）發(fā)送消息

2、消息首先從應(yīng)用程序復(fù)制到兩個CPU之間使用的VRING。此后，IPC 驅(qū)動程序在硬件郵箱中發(fā)布 VRING ID。

3、這會觸發(fā)目標(biāo) CPU 上的中斷。在目標(biāo) CPU 的 ISR 中，它提取 VRING ID，然后根據(jù) VRING ID 檢查該 VRING 中的所有消息。

4、如果收到消息，它從VRING中提取消息并將其放入目標(biāo)RPMSG端點隊列中。然后觸發(fā)在此 RPMSG 端點上阻止的應(yīng)用程序。

5、應(yīng)用程序處理接收到的消息，并使用相同的RPMSG 和VRING 機制在相反方向回復(fù)發(fā)送方CPU。

Hardware Mailbox

硬件郵箱主要用于提供具有小的 32 位有效負(fù)載的中斷事件通知。

VRING 使用硬件郵箱在目標(biāo) CPU 上觸發(fā)中斷。每個郵箱包含 16 個單向 HW 隊列，最多可連接 4 個通信用戶或 CPU。

J721E SoC 有 12 個硬件郵箱實例。即 12x 16 個硬件郵箱隊列。

（硬件郵箱的邏輯框圖）

Mailbox and VRING

郵箱本質(zhì)上充當(dāng)一個非常小的硬件隊列，其中包含 VRING ID。

VRING 是共享內(nèi)存中的 SW 隊列，保存兩個 CPU 之間傳遞的實際消息。當(dāng)收到中斷時，郵箱消息會告知從哪個 VRING 出列消息。

VRING ID=0 tells to look at the VRING from sender to receiverVRING ID=1 tells to look at the VRING from receiver to sender

散文

mailbox其實是多核處理器soc上，核與核之間互相發(fā)中斷的機制，由于核與核之間可能存在不同的業(yè)務(wù)，故硬件上設(shè)計分配一兩個中斷已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)的需求，軟件拓展起來很困難，所以mailbox可以理解為軟件可自由定義的中斷模塊。

用于在片上處理器之間通信的一種mailbox隊列中斷機制，mailbox隊列中斷機制允許軟件通過一組寄存器和關(guān)聯(lián)的中斷設(shè)置和得到信息在二個處理之間建立通信渠道。

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CORE間通信；給需要CORE間通信的應(yīng)用程序提供簡潔高效的編程接口。

根據(jù)所使用的硬件特性，核間通信可能的實現(xiàn)機制有：

1. Mailbox中斷；
2. 基于共享內(nèi)存的消息隊列；
3. POW + Group；
4. FAU；支持原子的讀，寫，fetch and add操作。

每個core有一個相應(yīng)的32bit的mailbox寄存器 ，每一位可被單獨地設(shè)置或清零。這對于core間的中斷非常有用，任意core可直接通過其它core 的mailbox對其它core發(fā)出中斷。當(dāng)mailbox被置位時，相應(yīng)core的中斷寄存器也同時被置位，軟件可實現(xiàn)其中斷處理。

Bootloader支持Octeon_phy_mem_named_block_alloc( )，分配以名字命名的物理內(nèi)存空間，不管是Service Executive應(yīng)用程序還是linux kernel都可以通過Octeon_phy_mem_named_block_find( )找到這部分內(nèi)存，實現(xiàn)core之間的共享數(shù)據(jù)。

Linux kernel也提供了 共享內(nèi)存的機制 。主要有mmap()，系統(tǒng)V，Posix共享內(nèi)存模型等。系統(tǒng)調(diào)用mmap()通過映射一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進(jìn)程地址空間后，進(jìn)程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對文件進(jìn)行訪問。系統(tǒng)V共享內(nèi)存指的是把所有共享數(shù)據(jù)放在共享內(nèi)存區(qū)域（IPC shared memory region），任何想要訪問該數(shù)據(jù)的進(jìn)程都必須在本進(jìn)程的地址空間新增一塊內(nèi)存區(qū)域，用來映射存放共享數(shù)據(jù)的物理內(nèi)存頁面。posix共享內(nèi)存區(qū)首先指定一個名字參數(shù)調(diào)用shm_open,以創(chuàng)建一個新的共享內(nèi)存區(qū)對象或打開一個以存在的共享內(nèi)存區(qū)對象。然后調(diào)用mmap把這個共享內(nèi)存區(qū)映射到調(diào)用進(jìn)程的地址空間。傳遞給shm_open的名字參數(shù)隨后由希望共享該內(nèi)存區(qū)的任何其他進(jìn)程使用。

核間通信方案

如下圖所示ARM核和DSP核進(jìn)行mailbox通信，ARM要發(fā)送數(shù)據(jù)給DSP：

1. ARM核先往某個指定的共享內(nèi)存空間buffer寫入數(shù)據(jù)，然后MAILBOX觸發(fā)中斷和寫入關(guān)于共享內(nèi)存空間的地址信息給DSP。
2. DSP通過得到mailbox中斷的信息讀取共享內(nèi)存空間ARM核發(fā)送的buffer數(shù)據(jù)。
3. DSP核讀取完數(shù)據(jù)后將觸發(fā)mailbox中斷給ARM作為回應(yīng)，告訴ARM核你發(fā)送的數(shù)據(jù)我已經(jīng)接受完成了。