详解全志V853上的ARM A7和RISC-V E907之间的通信方式

Posted 2022-07-08 神棍地海棠

V853芯片包含两个CPU。一个是主核心Arm A7 CPU，运行Tina Linux（全志自研Linux）系统，为芯片主系统；一个是RISC-V E907辅助CPU，运行Melis（全志自研RTOS）系统，主要功能是提供通用算力补充、辅助 Linux 实现快起和低功耗管理等功能。

• A7 - Linux系统

V853主核心 A7上运行的是Tina Linux系统。Tina Linux是全志针对AIoT类产品，基于Linux内核深度定制的嵌入式系统。

在 Tina Linux 中，提供 AMP 与 RPMsg 对接 E907

1.Linux remoteproc 管理控制 E907
2.RPMsg 与 E907 通讯

• E907 - RTOS系统

V853 辅助核心 E907 上运行的是全志自研 RTOS 系统 Melis。其独立于 A7 主核心中的 Linux 系统。可以独立运行。

在 E907 Melis 中，提供 OpenAMP 软件框架来与 A7 Linux 系统进行通信。

1.提供了处理器的生命周期管理（LCM，Life Cycle Management），与 Linux 的 remoteproc 兼容
2.提供了处理器间的消息传输机制，与 Linux 的 RPMsg 兼容

异构系统启动流程

首先，由芯片内部的 BORM 寻找启动介质，在 V853 开发板上便是 eMMC 储存器。找到启动介质后会运行其中的 BOOT0 代码。BOOT0 会在 A7 主核心中运行 Linux 系统，也会在 E907 核心中运行 RTOS 系统。启动的两个系统是独立运行的。

异构系统的通信

V853 的异构系统通讯在硬件上使用的是 MSGBOX，在软件层面上使用的是 AMP 与 RPMsg 通讯协议。其中 A7 上基于 Linux 标准的 RPMsg 驱动框架，E907基于 OpenAMP 异构通信框架。

V853 所带有的 A7 主核心与 E907 辅助核心是完全不同的两个核心，为了最大限度的发挥他们的性能，协同完成某一任务，所以在不同的核心上面运行的系统也各不相同。这些不同架构的核心以及他们上面所运行的软件组合在一起，就成了 AMP 系统 （Asymmetric Multiprocessing System, 异构多处理系统）。

由于两个核心存在的目的是协同处理，因此在异构多处理系统中往往会形成 Master - Remote 结构。主核心启动后再启动辅助核心。当两个核心上的系统都启动完成后，他们之间就通过 IPC（Inter Processor Communication）方式进行通信，而 RPMsg 就是 IPC 中的一种。

在AMP系统中，两个核心通过共享内存的方式进行通信。两个核心通过 AMP 中断来传递讯息。内存的管理由主核负责。

AMP 系统在每个通信方向上都有两个缓冲区，分别是 USED 和 AVAIL，这个缓冲区可以按照 RPMsg 中消息的格式分成一块一块链接形成一个环。

当主核需要和从核进行通信的时候可以分为四步：

• 主核先从USED中取得一块内存（Allocate）
• 将消息按照消息协议填充
• 将该内存链接到 AVAIL 缓冲区中（Send）
• 触发中断，通知辅助核有消息处理

反之，从核需要和主核通信的时候也类似：

• 主核先从AVAIL中取得一块内存（Allocate）
• 将消息按照消息协议填充
• 将该内存链接到 USED 缓冲区中（Send）
• 触发中断，通知主核有消息处理。

既然 RPMsg 是一种信息交换的协议，与TCP/IP类似，RPMsg 协议也有分层，主要分为三层，分别是传输层、MAC层和物理层。

其中 MAC层 的 VirtIO 是一种I/O 半虚拟化解决方案，是一套通用 I/O 设备虚拟化的程序，是对半虚拟化 Hypervisor 中的一组通用 I/O 设备的抽象。提供了一套上层应用与各 Hypervisor 虚拟化设备之间的通信框架和编程接口，减少跨平台所带来的兼容性问题，大大提高驱动程序开发效率。

RPMsg 总线上的消息都具有以下结构，包含消息头和数据两个固定的部分，该消息格式的定义位于drivers/rpmsg/virtio_rpmsg_bus.c中，具体定义如下：

struct rpmsg_hdr 
    u32 src;
    u32 dst;
    u32 reserved;
    u16 len;
    u16 flags;
    u8 data[];
 __packed;

异构系统的控制

在异构系统中，不止需要消息的传输，还需要相关控制。例如主核对辅助核心的开启，加载固件，关闭等等。这就需要用到 remoteproc 框架。

remoteproc 框架支持对不同平台，不同架构的处理器进行控制，可以监控辅助核心的运行情况。

对于 V853 来说，remoteproc 用于对 E907 进行生命周期管理，一般来说包含有加载固件、 检测远端处理器是否崩溃等功能。它在加载远端处理器的固件时，会根据固件中定义的 resource table 来申请资源，并创建 VirtIO 设备。