ZYNQ笔记（5）：软中断实现核间通信

　　ZYNQ包括一个 FPGA 和两个 ARM，多个 ARM 核心相对独立的运行不同的任务，每个核心可能运行不同的操作系统或裸机程序，但是有一个主要核心，用来控制整个系统以及其他从核心的允许。因此我们可以在 CPU0 和 CPU1 中独立跑不同的应用程序，发挥双核的非对称性架构的优势和性能。

　　从软件的角度来看，多核处理器的运行模式主要有三种：

　　① AMP（非对称多进程）：多个核心相对独立的运行不同的任务，每个核心可能运行不同的操作系统或裸机程序，但是有一个主要核心，用来控制整个系统以及其它从核心的运行。

　　② SMP（对称多进程）：一个操作系统同等的管理各个内核，例如 PC 机。

　　③ BMP（受约束多进程）：与 SMP 类似，但开发者可以指定将某个任务仅在某个指定内核上执行默认情况下。

　　裸机程序 ZYNQ 仅运行一个 CPU，这里主要讲解 AMP 模式下，两个 CPU 同时运行的裸机程序开发方法。

一、核间中断原理（软中断SGI）

　　软中断的 ID 都是从0到15，并且都是上升沿触发，主要用于核间中断或者 CPU 自己中断自己。

　　中断函数如下：

XScuGic_SoftwareIntr(&InterruptController,　　　//指向GIC指针
                     INTC_CPU0,                //需要中断的CPU ID
                     XSCUGIC_SPI_CPU0_MASK);   //使能该CPU会接受中断

二、ARM启动过程

1.ARM 里有个 ROM，存储了一段程序，ROM起来后从 SD 卡读取数据
2.启动 FSBL（First Boot Loader）第一启动项（有模板）
3.加载 bit（FPGA配置程序），同时加载 elf（ARM应用程序），如果是操作系统则 elf 替换成 uBoot

三、搭建软件 CPU0 和 CPU1 非对称环境

1.创建 amp_fsbl 用于生成烧写镜像的时候加载 core0 和 core1的代码。

①启动 Vivado，创建 ZYNQ，勾选 SD卡和 UART 即可，并加载 SDK 开发环境

②进到 SDK ，点击 File --- New --- Application Project，命名为 amp_fsbl 并选择 CPU0

③选择 FSBL，finish

④修改 main.c 函数来启动 core1，需要两个步骤，首先把 CPU1 应用程序地址写入到 0xfffffff0地址中，这是启动 CPU1 命令的地址，然后执行 sev 指令加载 CPU1 应用程序。具体参考 UG585 的启动代码章节。

在 main.c 函数的 main 函数上方插入这段代码：

 1 #define sev() __asm__("sev")
 2 #define CPU1STARTADR 0xFFFFFFF0
 3 #define CPU1STARTMEM 0x2000000
 4 
 5 void StartCpu1(void)
 6 {
 7     #if 1
 8     fsbl_printf(DEBUG_GENERAL,"FSBL: Write the address of the application for CPU 1 to 0xFFFFFFF0

");
 9     Xil_Out32(CPU1STARTADR, CPU1STARTMEM);
10     dmb(); //waits until write has finished
11     fsbl_printf(DEBUG_GENERAL,"FSBL: Execute the SEV instruction to cause CPU 1 to wake up and jump to the application

");
12     sev();
13     #endif
14 }

在 main.c 函数的 load镜像位置加入代码： StartCpu1();

2.创建 app_cpu0 应用程序

①重新创建一个新的 File --- New --- Application Project，命名为 app_cpu0，这时选择的是 CPU0

②选择 helloworld 模板即可

③将 helloworld.c 改名为 mian.c，并且用如下代码替换掉内容

 1 #include <stdio.h>
 2 #include "platform.h"
 3 #include "xil_printf.h"
 4 
 5 #define COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)(0xFFFF0000)) //无优化无符号长整形地址转成指针
 6 
 7 int main()
 8 {
 9     COMM_VAL=0;
10 
11     //Disable cache on OCM
12     Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);
13     while(1)
14     {
15         print("Hello World cpu0 

");
16         COMM_VAL =1;
17         while(COMM_VAL == 1)
18         {
19         }
20     }
21     return 0;
22 }

该指针指向的地址为片上存储的共享内存(OCM)。可以指定这里面的任意一个地址。定义的指针变量如下所示： #define COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)(0x00020000)) 该变量CPU0和CPU1都可以在里面读写数据，可以达到CPU0和CPU1的数据交互。OCM的地址如下图所示。

④打开 Scr 目录中的文件 lscript.ld，点击下方的 Source 做如下修改：CPU0 的代码空间改为 1E00000

CPU1运行程序的地址改为fsbl里面指定的起始地址。后面为长度，有一点需要注意：CPU0的起始地址加上CPU0的长度之后不能超过CPU1的起始地址。也就是两个CPU占用的DDR的地址不能重叠。若程序很大，则CPU0需要的LENGTH就大，因此CPU1的起始地址数值就大。DDR地址范围如下所示：

3.创建 app_cpu1 应用程序

①重新创建一个新的 File --- New --- Application Project，命名为 app_cpu1，这时选择的是 CPU1

②选择 helloworld 模板即可

③将 helloworld.c 改名为 mian.c，并且用如下代码替换掉内容

 1 #include <stdio.h>
 2 #include "platform.h"
 3 #include "xil_printf.h"
 4 
 5 #define COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)(0xFFFF0000))
 6 int main()
 7 {
 8     //Disable cache on OCM
 9     Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);
10     while(1)
11     {
12         while(COMM_VAL == 0)
13         {
14         }
15     print("Hello World cpu1 

");
16     sleep(2);
17     COMM_VAL=0;
18     }
19     return 0;
20 }

④打开 Scr 目录中的文件 lscript.ld 点击下方的 Source 做如下修改起始地址改为 0x2000000 长度 0x1F00000

4.增加编译选项（设置 CPU1 的BSP setting 为 AMP 模式）

app_cpu1_bps --- 右键 --- Board Suport Package Setting，点击 driver --- ps7_cortexa9_0，添加指令

5.让双核跑起来

①点击 app_cpu0 --- 右键 --- Debug As --- Debug Configurations...

② 点击选项卡的 Application，勾选 0 和 1，然后点击 Debug，yes

③默认停到第一行，连接好串口，选择APU --- ARM --- #0，单步慢慢走可以看到有信息打印出，#2也是一样的。如果让 #0 和 #1 都一直执行，则串口会一直交替打印。

四、软中断的注册和使用

参考资料：

　　　　[1]V3学院FPGA教程

　　　　[2]何宾, 张艳辉. Xilinx Zynq-7000嵌入式系统设计与实现[M]. 电子工业出版社, 2016.