共享内存分配与ARM+DSP核间通信IPC（MessageQ）

IPC核间通信

IPC(Inter-Processor Communication)提供与处理器硬件无关的API，可用于多核处理器核间通信、同一处理器进程间通信和设备间通信。对于异构多核处理器，可通过IPC组件进行核间通信。IPC通信中常用的MessageQ——大小可变的消息传递模块。这是一种功能强大但易于使用 MessageQ 的消息传递， 调用MessageQ 模块后，如下图标红部分：
在MessageQ 模块工作场景图中，灰色的部分并不是不要的，只是在MessageQ中，灰色部分会在应用程序 main ()函数中的 Ipc _ start () API 调用负责配置，我们在只需要关注MessageQ 模块工作场景图的标红部分即可。所有使用 IPC 模块的应用程序都必须调用 IPC _ start () API，该 API 执行以下操作：
1、初始化 IPC 使用的许多对象和模块同步多个处理器，以便它们可以以任何顺序引导。
2、IPC _ start ()使用索引为0(零)的共享区域创建资源管理表，供其他 IPC 模块在内部使用。
所以在调用 Ipc _ attach ()之前，必须在处理器上调用 Ipc _ start ()。
MessageQ 模块支持可变长度消息的结构化发送和接收。它是独立于操作系统的，可以使用任何线程模型。**对于你创建的每个 MessageQ，只有一个读取器，可能有多个写入器。**消息通过消息队列发送和接收。读取器是从消息队列中获取(读取)消息的线程。写入器是一个将消息放入(写入)消息队列的线程。每个消息队列有一个读取器，可以有多个写入器。一个线程可以读取或写入多个消息队列。
单个读线程调用 MessageQ _ create ()、 MessageQ _ get ()、 MessageQ _ free ()和 MessageQ _ delete ()。
Writer 线程调用 MessageQ _ open ()、 MessageQ _ alloc ()、 MessageQ _ put ()和 MessageQ _ close ()。
上述的MessageQ读取和写入流程可以用流程图表示：
从概念上讲，读线程拥有一个消息队列。读线程创建一个消息队列。然后，Writer 线程打开创建的消息队列以访问它们。

创建 MessageQ 对象MessageQ _ create ()

读线程创建一个消息队列。要动态创建一个 MessageQ 对象，其语法如下:
MessageQ_Handle MessageQ_create(String name，MessageQ_Params *params);
创建队列时，需要指定名称字符串，因为MessageQ _ open ()函数需要此名称。虽然这个名称不是必需的(也就是说，它可以是 NULL) ，但是一个未命名的队列是不能被打开的。如果调用成功，则返回 messageq_handle。如果调用失败，则返回 NULL。

打开消息队列MessageQ _ open ()

Writer 线程打开创建的消息队列来访问它们。为了获得已创建的消息队列的句柄，编写线程必须调用 MessageQ _ open () ，其语法如下。
Int MessageQ_open(String name, MessageQ_QueueId *queueId);
这个函数需要一个名字——String name，必须与创建对象的名字匹配。如果在任何处理器上没有找到匹配的名称， MessageQ_open()将返回MessageQ_E_NOTFOUND，如果 MessageQ open 成功，队列 ID 被填充 MessageQ_S_SUCCESS。

分配消息MessageQ _ alloc ()

MessageQ 通过 MessageQ _ alloc ()和 MessageQ _ free ()函数管理消息分配；
MessageQ 使用 Heaps 进行消息分配；
MessageQ_Msg MessageQ_alloc(UInt16 heapId, UInt32 size);
MessageQ _ alloc ()中的分配大小必须包括消息头的大小，也就是32字节。一旦消息被分配，它可以被发送到任何消息队列。一旦读取器接收到消息，它可以释放消息或者重新使用消息。如果应用程序没有使用 MessageQ _ alloc ()分配的消息，则无法通过 MessageQ _ free ()函数释放消息，即使消息由不同的处理器接收。另外，传输可能会在内部调用 MessageQ _ free ()并且遇到错误。

发送消息MessageQ _ put ()

一旦打开消息队列并分配了消息，就可以通过 MessageQ _ put ()函数将消息发送到 MessageQ。函数语法如下：
Int MessageQ_put(MessageQ_QueueId queueId, MessageQ_Msg msg);
可以通过 MessageQ _ getreplyqueue ()函数“发现”消息队列 ID，
/* 使用嵌入的答复目的地 */

replyMessageQ = MessageQ _ getreplyqueue (msg);
if(replyMessageQ == MessageQ _ invalidmessageq)
{ 
	System _ abort (“ Invalid reply queue n”) ;
}

/* 发送回应 */

Status = MessageQ _ put (replyQueue，msg) ;
if(Status < 0)
{
	System _ abort (“ MessageQ _ put 不成功 n”) ;
}

如果 MessageQ _ put ()成功，则返回 MessageQ _ s _ success。

在发送消息之前，可以使用 MessageQ _ setmsgid ()函数为接收线程可以检查的消息分配一个数值。
/* Increment… 远程端将检查这个 */

msgId++;
MessageQ _ setmsgid (msg，msgId);

还可以使用 MessageQ _ setmsgpri ()函数来设置消息的优先级。

接收信息MessageQ _ get ()

为了接收消息，读线程调用MessageQ _ get () API接口，接口函数如下所示：
Int MessageQ_get(MessageQ_Handle handle,
MessageQ_Msg *msg, UInt timeout)

Status = MessageQ _ get (MessageQ，& msg，MessageQ _ forever); if (status < 0)
{
	System _ abort (“不应该发生; 永远超时n”) ;
}

如果没有消息出现，也没有错误发生，这个函数会在等待消息到达的超时期间阻塞。如果超时过期，则返回 MessageQ _ e _ fail。如果发生错误，msg 参数将不会改变。收到消息后，可以使用以下 api 从消息头获取有关消息的信息：
1、MessageQ _ getmsgid ()获取 MessageQ _ setmsgid ()设置的 ID 值。例如:
/* 获取 id 并将其递增以发送回 */
msgId = MessageQ _ getmsgid (msg) ;
MessageQ _ setmsgid (msg，msgId) ;
2、Messageq_getmsgpri ()获得 messageq_setmsgpri ()设置的优先级。
3、MessageQ _ getmsgsize ()获取以字节为单位的消息大小。
4、Messageq_getreplyqueue ()获取 messageq_setreplyqueue ()提供的队列 ID。

删除 MessageQ 对象MessageQ _ delete ()

MessageQ _ delete ()释放存储在本地内存中的 MessageQ 对象。如果任何消息仍然在内部链接列表中，它们将被释放。句柄的内容被函数取空，以防止删除后使用。
Void MessageQ _ delete (MessageQ _ handle * handle) ;
一旦消息队列被删除，就不能向它发送任何消息。 MessageQ _ close ()是推荐的，但不是必需的。

消息优先级

MessageQ 支持以下三个消息优先级:
1、MessageQ _ normalpri = 0；
2、MessageQ _ highpri = 1；
3、MessageQ _ urgentpri = 3；
可以在发送消息之前使用 MessageQ _ setmsgpri 函数设置消息的优先级:
Void MessageQ_setMsgPri(MessageQ_Msg msg,
MessageQ_Priority priority)；
在内部，MessageQ 对象维护两个链表: 普通链表和高优先级链表。一个普通的优先级消息以 FIFO 的方式放置在“普通”链表中。一个高优先级的消息以 FIFO 的方式被放置到“高优先级”链表中。紧急消息被放置在高链表的开头。
由于在阅读一条信息之前可能会发送多条紧急信息，因此不能保证紧急信息的顺序。
当收到消息时，读者首先查看高优先级链接列表。如果一条消息出现在这个列表中，它就会被返回。如果没有，则检查正常的优先级链接列表。如果一条消息出现在那里，它将被返回；否则同步器的等待函数就会被调用。

应答队列

对于某些应用程序，在队列上执行 messageq_open ()是不现实的。例如，服务器可能不想打开所有客户端的队列来发送响应。为了支持这个用例，消息发送者可以使用 MessageQ _ setreplyqueue ()函数在消息中嵌入一个回复 queueId。
Void MessageQ_setReplyQueue(MessageQ_Handle handle,
MessageQ_Msg msg)
这个 API 将消息队列的 queueId 存储到 MsgHeader 中的字段中。
MessageQ _ getreplyqueue ()函数执行相反的操作。例如：

MessageQ_QueueId replyQueue;
MessageQ_Msg msg;
...
/* Use the embedded reply destination */
replyMessageQ = MessageQ_getReplyQueue(msg);
if (replyMessageQ == MessageQ_INVALIDMESSAGEQ) 
{
	System_abort("Invalid reply queue\n");
}

这个函数返回的 MessageQ _ queueid 值可以在 MessageQ _ put ()调用中使用。

共享内存分配

AM5728核心板的Linux 内核预留0xa0000000~0xac000000(192MByte)内存作为 CMEM 共享内存。

本次实验使用 0xa0000000~0xa0200000(2MByte)作为共享内存进行测试，此 2MByte 内存划分为 4 个 512KByte(0x80000,524288)池空间。设备树修改如下：


更换设备树后重新启动开发板，查询内存分配及空间大小：

在上述共享内存分区中，id 0池空间用于存放原始的时域数据，id 1池空间用于存放处理后的频域数据，剩余两个池空间先分配出来，不使用。DSP 端(DSP1)对共享内存 dataln 的数据进行 FFT 幅值运算，并把结果存入共享内存 dataOut，ARM 端(Cortex-A15_0)读取共享内存 dataOut 的数据并写入到 FFTData文件。
DSP 端创建一个 message 来传递信息，ARM 端使用 CMEM 创建4个空间用于数据的存储，“msg->dataIn”和“msg->dataOut”分别指向这其中两个空间的首地址。线性调频信号（LFM）模拟数据存入共享内存 dataIn，并发送消息至 DSP 端。DSP 端接收到消息后，读取共享内存 dataIn的数据进行 FFT 幅值运算，并把结果存入共享内存dataOut，同时发送消息至 ARM 端。ARM 端接收到消息后，从共享内存 dataOut 中读取数据并写入 FFTData 文件。最后发送ShutDown 消息到 DSP 端，DSP 端接收到该消息后，将信息回传至 ARM 端，关闭自己并重新初始化。

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