AMP 為您的下一個 SoC 項目助力

　　嵌入式系統(tǒng)一般分為兩大類：需要硬實時性能的;和不需要硬實時性能的。過去，我們不得不做出艱 抉擇，即選擇實時操作系統(tǒng)的性能還是我們鐘愛的 Linux 系統(tǒng)的豐富特性，然后努力彌補不足之處。

　　如今，嵌入式開發(fā)人員再也不需要在二者之間艱難選擇。非對稱多處理 (AMP) 兼?zhèn)涠叩膬?yōu)點。幾款新型片上系統(tǒng) (SoC) 產(chǎn)品集成了多個 CPU、多種標準 I/O 外設和可編程邏輯。例如，賽靈思 Zynq-7000® All Programmable SoC 系列包含一個雙核 ARM® Cortex™-A9、標準外設(例如千兆位以太網(wǎng) MAC、USB、DMA、SD/MMC、SPI 和 CAN)以及龐大的可編程邏輯陣列。我們可將這些 SoC 產(chǎn)品作為 Linux/RTOS AMP 系統(tǒng)的基礎，助其實現(xiàn)高度的靈活性。

　　典型的 AMP 配置在很多方面類似于基于 PCI 的系統(tǒng)，即 Linux 域起到主機作用，RTOS 域起到適配器作用，并有一個或多個共享存儲器域用來實現(xiàn)兩個域之間的通信。不過與 PCI 不同，AMP 配置能更方便、動態(tài)地為一個或另一個域分配資源(標準外設和自定義邏輯)。此外，Linux/RTOS AMP 系統(tǒng)能根據(jù)運行時間要求——例如各種外部設備的有無——動態(tài)地重新配置可編程邏輯。

　　靈活程度通常會與建立 AMP 系統(tǒng)所涉及的復雜性和難度息息相關。不過請放心，Linux 開發(fā)社區(qū)已經(jīng)將很多功能引入到核心，能大大簡化 AMP 配置與使用。

　　LINUX 多處理簡介

　　就多處理而言，Linux 核心分為兩種：單處理器 (UP) 核心和對稱多處理器 (SMP) 核心。無論有多少個內(nèi)核，UP 核心只能在單個內(nèi)核上運行。AMP 系統(tǒng)可包含兩個或更多個單處理器內(nèi)核的實例。

　　SMP 核心可在一個內(nèi)核或同時在多個內(nèi)核上運行(圖 1)。可選的核心命令行參數(shù)控制系統(tǒng)初始化之后 SMP 核心所使用的內(nèi)核數(shù)量。核心運行時，各種命令行實用程序會控制分配給核心的內(nèi)核數(shù)量。能夠動態(tài)地控制內(nèi)核所使用的內(nèi)核數(shù)量，這是 SMP 核心比 UP 核心更受 AMP 開發(fā)人員青睞的主要原因。

　　圖 1 — 對稱多處理。SMP 核心可在多個內(nèi)核上同時運行。

　　遠程處理器 (remoteproc) 框架是一種 Linux 組件，負責啟動和停止各個內(nèi)核(遠程處理器)，以及在 AMP 系統(tǒng)中加載內(nèi)核的軟件。例如，我們可以將圖 1 所示的 SMP 系統(tǒng)動態(tài)地重新配置為圖 2 所示的 AMP 系統(tǒng)，然后再使用 remoteproc 的功能配置回 SMP。

　　我們可以通過用戶空間應用程序或系統(tǒng)初始化腳本完全控制重配置。重配置控制功能使用戶應用可以根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)需求停止、重新加載和運行多種 RTOS 應用程序。

　　圖 2 — 具有 Linux SMP 核心的 AMP

　　內(nèi)核的軟件(本例中是指 RTOS 和用戶應用程序)從標準的可執(zhí)行和可鏈接格式 (ELF) 文件中加載，該文件包含一個資源表的特殊段。資源表類似于 PCI 配置空間，用來描述 RTOS 需要的資源。這些資源中包括 RTOS 代碼和數(shù)據(jù)所需的存儲器。

　　追蹤緩沖區(qū)

　　追蹤緩沖區(qū)是自動在 Linux 文件系統(tǒng)中作為文件出現(xiàn)的存儲器區(qū)域。顧名思義，追蹤緩沖區(qū)向遠程處理器提供基本追蹤功能。遠程處理器向緩沖區(qū)寫入追蹤、調(diào)試和狀態(tài)消息，以便通過 Linux 命令行或定制應用進行檢查。

　　能夠動態(tài)地控制核心所使用的內(nèi)核數(shù)量，這是 SMP 核心比 UP 核心更受 AMP 開發(fā)人員青睞的主要原因。

　　在資源表中輸入條目，以請求一個或多個追蹤緩沖區(qū)。盡管一般包含純文本，但追蹤緩沖區(qū)也會包含二進制數(shù)據(jù)，例如應用狀態(tài)信息或警報指示。

　　虛擬 I/O 設備

　　我們還可使用資源表定義虛擬輸入/輸出設備 (VDEV)，這種設備主要是支持 Linux 核心與遠程處理器之間消息傳送的幾對共享存儲器隊列。VDEV 定義包括用來設定隊列大小的字段，以及用來在處理器之間發(fā)信號的中斷。

　　Linux 核心可處理虛擬 I/O 隊列的初始化。遠程處理器上運行的軟件只需要在其資源表中包含一個 VDEV 描述，然后在開始執(zhí)行時使用隊列;剩下的都由核心來處理。

　　遠程處理器消息框架

　　遠程處理器消息 (rpmsg) 框架是基于 Linux 核心的虛擬 I/O 系統(tǒng)的軟件消息總線。該消息總線類似于局部區(qū)域子網(wǎng)絡，單個處理器可在其中通過共享存儲器創(chuàng)建可尋址端點和交換信息。

　　核心的 rpmsg 框架起到開關的作用，根據(jù)消息中包含的目的地址將消息傳送到相應端點。由于消息報頭包含源地址，因此可在不同處理器之間建立專用連接。

　　命名服務

　　處理器可通過向 rpmsg 框架的命名服務發(fā)送消息，以動態(tài)宣布特定服務。命名服務功能本身用途不是很大。不過，rpmsg 框架允許將服務名稱關聯(lián)到設備驅動程序，以支持驅動程序的自動加載和初始化。

　　例如，如果遠程處理器宣布 dlinx-h323-v1.0 服務，那么核心可以搜索、加載和初始化與該名稱關聯(lián)的驅動程序。如果系統(tǒng)中服務被動態(tài)安裝在遠程處理器上，那么這樣可大大簡化驅動程序管理。

　　管理中斷

　　中斷管理有些棘手，尤其在啟動和停止內(nèi)核時更是如此。最終，系統(tǒng)需要在遠程處理器啟動時動態(tài)地將特定中斷重定向至遠程處理器域，然后當遠程處理器停止時收回中斷。此外，系統(tǒng)必須保護中斷，防止其被錯誤配置的驅動程序誤分配。簡言之，必須在系統(tǒng)層面管理中斷。

　　對于 Linux SMP 核心而言，這是一個常規(guī)事件，而且是 SMP 核心在 AMP 配置中更受青睞的另一個原因。遠程處理器框架能方便地管理中斷，只需來自設備驅動程序的最小支持。

　　設備驅動程序

　　設備驅動開發(fā)是個始終需要關注的問題，因為所需的技能組合可能無法立刻提供。幸運的是，Linux 核心的 remoteproc 和 rpmsg 框架完成大部分重活;驅動程序只需要實現(xiàn)幾個標準驅動程序例程。功能完整的驅動程序可能只需要幾百行代碼。核心源代碼樹包含嵌入式開發(fā)人員可根據(jù)自身要求進行調(diào)整的驅動程序范例。

　　廠商還提供通用的開源設備驅動程序。DesignLinx Hardware Solutions 提供針對 Linux 和 FreeRTOS 的通用 rpmsg 驅動程序。由于通用驅動程序沒有假定所交換消息的格式，因此嵌入式開發(fā)人員可將其用于多種 AMP 應用，無需做任何修改。