【ZYNQ 开发】AMP双arm核交互 - 环境搭建（1）

Gatsby2023

已于 2024-01-22 17:24:46 修改

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文章标签： fpga开发 arm开发

于 2024-01-22 16:09:56 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Gatsby2023/article/details/135700425

本文介绍了在ZYNQ芯片中，通过非对称多进程(AMP)模式实现两个CPU间的无中断、软中断和硬中断通信，以及使用FSBL和BOOT.bin进行应用程序加载的实验过程。实验涉及创建AMP环境、配置RAM、内存屏障和OCM的使用，旨在展示双核处理器的性能优化和中断管理技术。

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3.4 AXI_LITE双口ram的建立（4）

4.4 设置CPU1的模式为AMP非对称模式

4.5 生成boot.bin文件

1. 实验目的：

标准情况下，zynq芯片使用的过成中，默认只会使用一个cpu。我们这个实验的过程中，就是要同时调用这两个核进行信息交互，在完成不带中断的交互之后，我们会增加软中断和硬中断，进行相应的中断信息发送测试。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。也为了学习ZYNQ如何在JTAG下载之外，使用flash或者sd卡加载程序。

2. 实验原理介绍：

2.1 什么是AMP？

从软件的角度来看，多核处理器的运行模式有三种：

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。

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

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

2.2 实验的功能框图：

我们每个cpu会使用一个ram，我们后续中这样命名，我们命名我们后续使用的CPU和RAM分别为CPU0和RAM0以及CPU1和RAM1。

基本框架图如下：

这里我们可以看到ram0 只能被cpu0写入，只能被cpu1读取，ram1只能被cpu1写入，被cpu0读取。而且需要注意的是，cpu一般在读写的过程中都会经过cache，而不会直接写入ram中，因此我们在后续过程中，我们要禁用cache，让cpu可以直接写入ram中。避免读写时序出现问题。

3. 实验流程：

3.1 无中断的连续通信（1）

完成两个核之间通信，通过软中断完成核间通信，并且使连个 CPU 并行执行任务。

3.2 软中断通信（2）

3.3 硬中断通信（3）

3.4 AXI_LITE双口ram的建立（4）

4. 实验过程

4.1 创建amp环境及CPU的FSBL

创建 amp_fsbl 用于生成烧写镜像的时候加载 Core0 和 Core1 的代码

fsbl = first boot loader

这个是为了最后方便生成BOOT.bin文件，我们后续要使用到sd启动的方式，要将启动文件放到SD卡中。最后一上电，就会把程序加载到两个CPU中。 对于zynq来说，我们一上电会默认启动cpu0，我们要通过cpu0来加载fsbl的文件来启动cpu1的相关事务。

打开vivado之后生成zynq ip核，编译生成bitstream文件之后，点击打开sdk

之后再sdk中进行如下操作：

之后修改工程中的main函数：参考xilinx官方文档的UG585，可以看到fsbl的一些具体操作

这里我们输入如下的启动代码：

#define sev() __asm__("sev")

这段代码定义了一个名为 sev 的宏。在这个宏的定义中，使用了内联汇编 __asm__("sev")，这表示在这个宏被调用时，将执行 ARM 处理器的 SEV 汇编指令。

SEV 指令是 ARM 处理器的一条指令，用于发送事件。在多处理器系统中，SEV 指令通常用于唤醒其他处理器或核心，告知它们有事件需要处理。

Xil_Out32() 是用于在Xilinx的软件开发工具中进行寄存器写入的函数。具体来说，Xil_Out32() 是用于写入32位无符号整数（32位数据）到指定地址的函数。这里面的意义其实就是在告诉Cpu他对应的应用程序在ddr的哪段内存里面。

这个函数常用于裸机编程、嵌入式系统中，特别是在使用Xilinx的FPGA和SoC开发工具时。通过使用这个函数，可以直接向特定地址的寄存器写入数据，用于配置硬件、控制外设等。

这个工程中我们这端启动程序的起始地址再0x2000000，我们把这个地址写入CPU的起始地址中。

在 ARM 架构中，dmb() 指令用于实现数据同步的内存屏障。dmb 是 "Data Memory Barrier" 的缩写，它确保在 dmb 指令之前的内存访问操作完成后，再执行 dmb 之后的内存访问操作。具体而言，dmb()

完成以上的内容之后，我们在镜像位置加入如图的代码：

4.2 创建CPU0的app应用程序

在UG585文档中，我们可以看到OCM = on chip memory片上内容，不需要任何总线的高速内存

我们在本次实验中使用OCM3，我们在此处设立了特定的共享变量

COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)) (0xFFFF_0000))

之后修改app工程中的main函数，代码如下：

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#define COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)(0xFFFF0000))
int main()
{
       COMM_VAL=0;
       //Disable cache on OCM
       Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);
       while(1){
              print("Hello World cpu0 \n\r");
              COMM_VAL =1; 
              while(COMM_VAL == 1){

              }
       }
  return 0;
}

我们在执行的过程中，修改共享变量的值，并且让CPU1因为数值的修改卡死在while循环中，我们后续要在CPU2中也对这个共享数值进行修改，让CPU0走出这个死循环。

一般来说，我们的ZYNQ芯片上，我们通常把一些常用的重要的变量存在OCM中，我们把一app应用程序存在DDR中，因此针对这个问题，我们需要对每个cpu使用的ddr地址进行一定的分配。

打开 SRC 目录存在文件 lscript.ld 做如下修改

CPU0 的代码空间改为 1E00000

ddr的大小就是1E000000 = 30MB

4.3 创建CPU1的app应用程序

创建的过程同上，但是代码发生改变，我们还需要注意的是，ddr的地址也要和CPU0定义的地址有所区分。

代码：

这里看代码可以看见我们在循环对共享变量进行变更，来实现arm核之间的非堆成操作，还有一部分的信息交互。

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"

#define COMM_VAL (*(volatile unsigned long *)(0xFFFF0000))

int main()
{
        //Disable cache on OCM
        Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2); 
        while(1){
           while(COMM_VAL == 0){
           }
         print("Hello World cpu1 \n\r");
         sleep(2);
         COMM_VAL=0;
         }
   return 0;
}

ddr地址改为：