基于ZYNQ的双核CPU之间的通信

项目简述

我们都知道ZYNQ中有两个ARM核，但是如何使ZYNQ运行这两个ARM核，以及双核之间的数据如何进行交互是非常重要的问题。双核CPU的运行方式主要有两种：1、SMP 对称处理器架构 ，2、 AMP 非对称处理器架构，SMP结构双核之间的关系比较密切，AMP架构双核之间逻辑关系较小，开发难度也比较简单。

工程描述：运行ZYNQ的两个ARM核，同时利用OCM3进行双核之间简单的数据交互。

本次实验所用到的软硬件环境如下：
1、VIVADO 2019.1
2、米联客MZ7015FA开发板

CPU0代码

因为该工程除了在Block Design侧例化一个ZYNQ的IP，其他不需要做任何处理，所以我们将不再进行PL侧的讲解。直接对PS侧的代码进行讲解。PS端地址的分布情况如下：

在没有做其他设置的情况下ZYNQ上电后地址空间分别如上图所示。OCM共256KB按照64KB分为4块，其中前三块在SDK中表述为RAM0占192KB处于地址空间的最开头和DDR共用地址空间，最后一块64KB处于地址空间的最后。ZYNQ的DDR固定占地址空间的最开头1GB字节因而ZYNQ的DDR最大容量就只有1GB。为了避开OCM从上图可知实际使用的DDR只有1023MB（最开头的1MB被保留避开OCM的前三块）。从0x40000000到0xDFFFFFFF的2GB空间留给了自定义IP或者其他IP的寄存器，从BSP的xparameters.h可以看出在PL部分添加的IP其基址都是从0x40000000开始的，而ZYNQ自己的寄存器则从0xE0000000开始编制，具体寄存器内容请查阅UG585的附录B Register Details。其实Standalone作为基础的BSP所作的工作都是在通过指针访问各个寄存器而已，在不考虑安全性的前提下可以完全不用BSP直接操作寄存器对ZYNQ进行操作。所以我们一般使用OCM3作为CPU0与CPU1的共享内存使用。
我们这里给出相应的CPU0的代码;

#include 
#include "xil_mmu.h"
#include "xil_printf.h"

#define COMM_VAL  (*(volatile unsigned long *)(0xffff0000)) //OCM3

int main()
{
	COMM_VAL =0;
	//disable cache on chip mem
	Xil_SetTlbAttributes(0xffff0000,0x14de2);
	while(1){

		print("Hello World CPU0 \n\r");
		COMM_VAL =1;
		while(COMM_VAL ==1){

		}
	}
    return 0;
}

我们上面的代码唯一看不懂的就是下面这段话：

这段程序其实就是CPU0中禁止OCM的Cache属性，以为内Cache功能会向OCM3中填入一些缓存数据进而让OCM3中的数据进入不可控的状态。

CPU1代码

上面对工程的原理已经进行了讲解，这里我们直接给出相应的CPU1的代码，如下：

#include 
#include "xil_mmu.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"

#define COMM_VAL  (*(volatile unsigned long *)(0xffff0000)) //OCM3
int main()
{
	//disable cache on chip mem
		Xil_SetTlbAttributes(0xffff0000,0x14de2);
		while(1){
			while(COMM_VAL ==0){

			}
			print("Hello World CPU1 \n\r");
			usleep(100);
			COMM_VAL =0;
		}

    return 0;
}

但是想要CPU1的代码成功运行起来，我们需要在CPU1的bsp文件中添加如下代码：创建CPU1的应用程序时需要设置CPU1的BSP SETTING extra-compel-flags 设置 -DUSE_AMP=1。


因为是AMP架构，所以得编辑lscript.ld文件，使得CPU0与CPU1的内存区间不相互重叠，如下;
CPU0修改：

CPU1修改：

运行结果

在进行下板运行的过程中也需要进行相应的设置如下：


进行完上面的配置，我们便可以下载相应的代码到ZYNQ中，并且运行结果如下：

双核CPU的固化SD卡

我们学完了双核CPU如何跑相应的程序，那么也需要进行学习如何固化相应的程序到达SD卡中。
在进行生成的FSBL的main文件中添加如下代码，该代码的意义是启动CPU1的代码：

#define sev() __asm__("sev")
#define CPU1STARTADR 0xFFFFFFF0
#define CPU1STARTMEM 0x02000000
void StartCpu1(void)
{
#if 1
fsbl_printf(DEBUG_GENERAL,"FSBL: Write the address of the application for CPU 1 to 0xFFFFFFF0\n\r");
Xil_Out32(CPU1STARTADR, CPU1STARTMEM);
dmb(); //waits until write has finished
fsbl_printf(DEBUG_GENERAL,"FSBL: Execute the SEV instruction to cause CPU 1 to wake up and jump to the application\n\r");
sev();
#endif
}

找到 Load boot image 的位置，把 CPU1 的启动函数，在此调用：

/*
* Load boot image
*/
HandoffAddress = LoadBootImage();
fsbl_printf(DEBUG_INFO,"Handoff Address: 0x%08lx\r\n",HandoffAddress);
StartCpu1(); /*add starting cpu1*/

然后创建 UBOOT.BIN

最后将生成的bin文件放到SD卡中即可。

参考文献

[1]、V3学院

总结

创作不易，认为文章有帮助的同学们可以关注、点赞、转发支持。为行业贡献及其微小的一部分。或者对文章有什么看法或者需要更近一步交流的同学，可以加入下面的群：