NXP iMX8M Plus M7核心FreeRTOS开发
By Toradex胡珊逢
Toradex 的 Verdin iMX8M Plus 计算机模块采用 NXP 的 iMX8M Plus 处理器。该 CPU 除了有支持 AI 硬件加速单元的 NPU 外，还配置了一个 M7 微控制器。相比于 iMX 8 QuadMax 处理器上时钟频率为 266MHz 的M4 微控制器， 该M7 的时钟频率为 800MHz。且支持双精度浮点运算。在计算性能上有较大程度的提高。文章将介绍如何在 Verdin iMX8M Plus 计算机模上开发 M7 微控制器，以及使用异构核之间的 rpmsg 通信。
本次使用到的硬件包括 Verdin iMX8M Plus 计算机模和 Verdin Development Board。BSP 为 Linux BSP v5.7.0 multimedia reference image。硬件连线如下，分别连接电源、网络和USB 调试串口。Verdin Development Board 的 USB 调试串口有 ttyUSB0、ttyUSB1、ttyUSB2 和 ttyUSB3。 其中 ttyUSB3 是 Verdin iMX8M Plus 的 A53 调试串口， ttyUSB2 是 M7 调试串口。默认波特率均为 115200。
Device Tree 配置
根据这里的说明下载 Linux 内核源码。在默认的 device tree 配置中尚未加入 rpmsg 节点和 M7 预留地址空间的配置。在源码的 arch/arm64/boot/dts/freescale/ 位置创建 imx8mp-verdin-rpmsg.dtsi 文件，内容如下：
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later OR MIT
/*
* Copyright 2022 Toradex
*/
#include
// Enable RPMSG support
/ {
reserved-memory {
#address-cells = <2>;
#size-cells = <2>;
ranges;
/* use linux config instead */
/delete-node/ linux,cma;
/* Allocate 16MB DDR RAM memory for cortex M -> check the ram drr linker file for details */
m7_reserved: m7@0x80000000 {
no-map;
reg = <0 0x80000000 0 0x1000000>;
};
/* Allocate resource table from Cortex-M7 -> check copyResourceTable inside rsc_table.c for details */
rsc_table: rsc_table@550ff000 {
reg = <0 0x550ff000 0 0x1000>;
no-map;
};
/* VDEV0_VRING_BASE 0 comes from FreeRTOS rsc_table.c */
vdev0vring0: vdev0vring0@55000000 {
reg = <0 0x55000000 0 0x8000>;
no-map;
};
/* VDEV0_VRING_BASE 1 comes from FreeRTOS rsc_table.c */
vdev0vring1: vdev0vring1@55008000 {
reg = <0 0x55008000 0 0x8000>;
no-map;
};
/* Buffers to use with RPMSG */
vdevbuffer: vdevbuffer@55400000 {
compatible = "shared-dma-pool";
reg = <0 0x55400000 0 0x100000>;
no-map;
};
};
imx8mp-cm7 {
compatible = "fsl,imx8mp-cm7";
rsc-da = <0x55000000>;
clocks = <&clk IMX8MP_CLK_M7_DIV>;
mbox-names = "tx", "rx", "rxdb";
mboxes = <&mu 0 1
&mu 1 1
&mu 3 1>;
memory-region = <&vdev0vring0>, <&vdev0vring1>, <&vdevbuffer>, <&rsc_table>, <&m7_reserved>;
status = "okay";
};
};
&rpmsg{
/*
* 64K for one rpmsg instance:
* --0x55000000~0x5500ffff: pingpong
*/
vdev-nums = <1>;
reg = <0x0 0x55000000 0x0 0x10000>;
memory-region = <&vdevbuffer>, <&rsc_table>, <&m7_reserved>;
status = "disabled";
};
然后在 imx8mp-verdin-wifi-dev.dts 添加
#include "imx8mp-verdin-rpmsg.dtsi"
在 imx8mp-verdin-wifi.dtsi 中删除 &iomuxc 里的 <&pinctrl_gpio_hog4>。
&iomuxc {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio1>, <&pinctrl_gpio2>,
<&pinctrl_gpio3>, <&pinctrl_gpio4>,
<&pinctrl_gpio7>, <&pinctrl_gpio8>,
<&pinctrl_gpio_hog2>, <&pinctrl_gpio_hog3>,
<&pinctrl_hdmi_hog>;
};
SODIMM 151 和 SODIMM 153 对应的 UART4是 M7 的默认调试串口。Verdin iMX8M Plus Quad 4GB WB IT V1.1A 及其以后版本的模块，UART4 被用于连接模块上的蓝牙。默认配置下在 &pinctrl_gpio_hog4 里 SODIMM 151 和 SODIMM 153 设置为 GPIO 模式。在Linux 启动后继续使用 M7 的调试串口功能，就需要将该节点删除。
/* Wifi usage only */
pinctrl_gpio_hog4: gpiohog4grp {
fsl,pins = <
MX8MP_IOMUXC_UART4_RXD__GPIO5_IO28 0x1c4 /* SODIMM 151 */
MX8MP_IOMUXC_UART4_TXD__GPIO5_IO29 0x1c4 /* SODIMM 153 */
>;
};
完成对 device tree 的修改后，重新编译。并将其复制到开发板的 /boot 目录下，覆盖原文件。
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make freescale/imx8mp-verdin-wifi-dev.dtb
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MCUxpresso SDK
先打开 MCUXpresso SDK Builder 页面，点击 Select Development Board。此时需要输入账号，如果没有请先注册。
在 Search for Hardware 栏中输入 MIMX8ML8xxxKZ。点击 Processors 下面的 MIMX8ML8xxxKZ。
点击右边的 Build MCUXpresso SDK。
根据需要选择 Host OS，Toolchian/IDE 以及 SDK 里的组件。通常建议使用 Linux 作为开发电脑。至少勾选 multicore 和 FreeRTOS 组件。最后点击 DOWNLOAD SDK。
解压 SDK 压缩包。根据 SDK 压缩包解压目录的文档，如 SDK_2_12_1_MIMX8ML8xxxKZ/docs/MCUXpresso SDK Release Notes for EVK-MIMX8MP.pdf 中描述的 GCC 版本，在 这里下载对应的软件。SDK 2.12.1 使用 GCC Arm Embedded 10.3-2021.10。
RPMSG demo 编译
进入 SDK 安装目录的SDK_2_12_1_MIMX8ML8xxxKZ/boards/evkmimx8mp/multicore_examples/rpmsg_lite_str_echo_rtos/ 路径。
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$cd SDK_2_12_1_MIMX8ML8xxxKZ/boards/evkmimx8mp/multicore_examples/rpmsg_lite_str_echo_rtos/
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根据 GCC 编译工具的实际安装路径，配置变量 ARMGCC_DIR。
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$ export ARMGCC_DIR=gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10
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在 armgcc 文件夹里执行编译脚本。
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$ cd armgcc
$ ./build_all.sh
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编译完成后可以在 debug/release、ddr_debug/ddr_release、flash_debug/flash_release 文件夹里看到 bin 文件。上面三组文件夹分别对应 bin 的加载位置为 TCM、DDR和 QSPI Flash。在 Verdin 模块上可以使用 TCM 和 DDR。
运行 RPMSG demo
如果 M7 的固件较大，无法在 TCM 上执行，就需要使用模块的 DDR。将 ddr_release 目录下编译好的 M7 固件重命名为 m7.bin，然后复制到模块的 /home/root/ 目录下。在 U-Boot 设置下面参数。
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setenv m4boot 'ext4load mmc 2:2 0x80000000 /home/root/m7.bin; dcache flush; bootaux 0x80000000'
setenv fdt_high=0xffffffffffffffff
saveenv
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如果 M7 的固件不大，则可以在 TCM 上运行。由于 TCM 是 M7 专用的存储，无需访问 DDR 控制器。这可以降低 M7 运行时 IO 开销。将 release 目录下编译好的 M7 固件重命名为 m7.bin，然后复制到模块的 /home/root/ 目录下。在 U-Boot 设置下面参数。
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setenv m4boot 'ext4load mmc 2:2 ${loadaddr} /home/root/m7.bin; cp.b ${loadaddr} 0x7e0000 ${filesize}; dcache flush; bootaux 0x7e0000'
setenv fdt_high=0xffffffffffffffff
saveenv
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打开 M7 的调试串口，模块启动后可以看到下面信息。
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Nameservice sent, ready for incoming messages..
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在 Linux 的调试串口里输入下面命令，加载 rpmsg 驱动模块。
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~# modprobe imx_rpmsg_tty
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M7 的调试串口会打印下面内容，表示 M7 已经收到 A53 上rmpsg 驱动发送的默认消息。
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Get Message From Master Side : "hello world!" [len : 12]
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在 Linux 的调试串口里输入下面命令，向 M7 发送指定内容。
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~# echo 'Toradex' > /dev/ttyRPMSG30
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M7 的调试串口会打印所接收到的消息。
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Get Message From Master Side : "Toradex" [len : 7]
Get New Line From Master Side
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在调试期间，通过 TFTP 传输 M7 固件会更加方面。下面分别是通过 TFTP 将固件下载到 DDR 和 TCM 运行所需的 U-Boot 设置。注意附件分别来自于 ddr_release 和 release 两个不同的文件夹。
l DDR
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setenv m4boot 'tftp 0x80000000 m7.bin; dcache flush; bootaux 0x80000000'
setenv fdt_high=0xffffffffffffffff
saveenv
-----------------------------------
l TCM
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setenv m4boot 'tftp ${loadaddr} m7.bin; cp.b ${loadaddr} 0x7e0000 ${filesize}; dcache flush; bootaux 0x7e0000'
setenv fdt_high=0xffffffffffffffff
saveenv
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总结
Verdin iMX8M Plus 上的 M7 微处理器非常适合于那些实时或者低功耗任务。MCUxpresso SDK 除了上面介绍的 A53 和 M7 核心的通信例程，还有大量操作外设如 CAN、GPIO、SPI 等，这些可以加速用户的开发。