深入解析嵌入式 OPENAMP 框架：開啟異核通信新時代

出處：網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布于：2025-07-22 16:27:29

在當(dāng)今的電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，而異核通信技術(shù)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。OpenAMP 軟件框架作為針對非對稱多處理（AMP）系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序所需的軟件框架，為實(shí)現(xiàn)核間通信提供了強(qiáng)大的支持。用戶通過調(diào)用該框架組件中的 API，就能輕松實(shí)現(xiàn)核間通信。

在具體的硬件架構(gòu)中，以 STM32MP157 為例，其 A7 內(nèi)核和 M4 內(nèi)核通過 IPCC 中斷機(jī)制來通知對方在共享內(nèi)存中有新的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)已經(jīng)被處理。需要注意的是，在 A7 這邊已經(jīng)默認(rèn)開啟了 IPCC 中斷，而 M4 一定要開啟 IPCC 中斷，否則 M4 就無法使能 OpenAMP。同時，HSEM（硬件信號量）默認(rèn)開啟，它的作用是確保所有內(nèi)核可以有序地訪問公共資源。內(nèi)核能夠使用信號量來保證對外圍設(shè)備的獨(dú)占訪問和信息交換，這對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

從系統(tǒng)架構(gòu)的角度來看，存在同構(gòu)和異構(gòu)的概念。如果所有的 CPU 或的架構(gòu)都一樣，那么稱為同構(gòu)；反之，如果所有 CPU 或的架構(gòu)有不一樣的，那么就稱為異構(gòu)，像 STM32MP157 有 A7 和 M4 核就是典型的異構(gòu)情況。多核操作系統(tǒng)體系主要包括 SMP（對稱多處理）結(jié)構(gòu)、AMP（非對稱多處理）結(jié)構(gòu)和 BMP（邊界多處理）結(jié)構(gòu)。SMP 結(jié)構(gòu)一般運(yùn)行在同構(gòu)處理器下，由一個 OS 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩個處理器，兩個處理器共享內(nèi)存，每個運(yùn)行的應(yīng)用程序地址相同，通過 MMU（內(nèi)存管理單元）將它們映射到主存的不同位置。而 AMP 結(jié)構(gòu)則是每個內(nèi)核運(yùn)行自己的 OS 或同一 OS。

基于 OpenAMP，生命周期管理是通過 Remoteproc 來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)核間通信是通過 RPMsg 來管理的。IPCC 通信框架在異核通信中也起著關(guān)鍵作用，郵箱依賴于 IPCC，STM32MP157 的 IPCC 硬件模塊有 6 個雙向通道，每個通道分為兩個子通道，共有 12 個子通道。處理器之間交互的數(shù)據(jù)存放于共享內(nèi)存中，IPCC 中斷機(jī)制用于當(dāng)一個數(shù)據(jù)包被放入共享內(nèi)存時，通知另一個 CPU 有新的數(shù)據(jù)包需要處理。A7 內(nèi)核的中斷控制器是 GIC，M4 內(nèi)核的中斷控制器是 NVIC，且處理器之間要交互的數(shù)據(jù)是在共享內(nèi)存中傳輸?shù)模?IPCC 處封裝了郵箱（Mailbox）框架，用于通知 CPU 在共享內(nèi)存中有數(shù)據(jù)要處理。

郵箱框架的工作流程較為復(fù)雜。首先要注冊郵箱控制器，郵箱客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)前需先申請通道，接著客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，郵箱控制器將底層接收到的數(shù)據(jù)回調(diào)給上層應(yīng)用，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)完時，郵箱控制器通知上層當(dāng)前數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完成，郵箱客戶端釋放通道。RemoteProc 軟件框架解決了遠(yuǎn)程處理器生命周期的問題，RPMsg 軟件框架解決了核間通信的問題，M4 主要依賴 OpenAMP 庫中已有的軟件框架來實(shí)現(xiàn)和 A7 通信。

Virtio（虛擬化模塊）中的 vring 是指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針的 FIFO 隊列，有兩個單向的 vring，一個用于發(fā)送到遠(yuǎn)程處理器的消息，另一個用于從遠(yuǎn)程處理器接收的消息，兩個 vring 組成一個環(huán)形，其緩沖區(qū)就是兩個處理器的共享內(nèi)存。在實(shí)際操作中，A 核遠(yuǎn)程啟動 M4 核（遠(yuǎn)程協(xié)處理器）有特定的腳本指令，例如加載固件、啟動固件和關(guān)閉固件運(yùn)行等操作。而且 A7 和 M4 之間通過 RPMsg 進(jìn)行核間通信時，需要 A7 發(fā)送條消息，RPMsg 通道才會被激活，通道激活以后，M4 才能給 A7 發(fā)送數(shù)據(jù)。

以下是相關(guān)的圖片說明：

異核通信框架：
SMP 結(jié)構(gòu)示意圖：
AMP 結(jié)構(gòu)示意圖：
IPCC 通信框架：
IPCC 硬件模塊通道示意圖：
郵箱框架相關(guān)：

Virtio vring 示意圖：
雙核通信流程圖：
加載 rpmsg 驅(qū)動過程圖：

關(guān)鍵詞：嵌入式

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