ZYNQ多核开发（一）—— 裸机AMP

最新推荐文章于 2025-01-15 14:23:34 发布

无聊的菜鸟

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分类专栏： # Xilinx FPGA器件文章标签： fpga开发 c语言硬件架构

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概述

ZYNQ是片SOC，将PL(FPGA)作为A9处理器的异构扩展。但因为习惯问题，总是在PL中完成大部分工作，将PS作为算力稍强的单片机使用。完成简单的配置功能和调度任务是够够的，但是总感觉很浪费，想进一步开发以下。这时就会发现，其实A9能够提供的算力也是差强人意，想要充分发挥zynq的性能，肯定是将两个A9核都利用起来。

参考文档

XAPP1079

UG585

UG821

PS启动过程

阶段0-运行BootROM中的启动代码

BootROM代码运行于CPU0中，CPU1执行“等待事件”（WFE）指令。
启动代码配置CPU0和必要的外设来加载FSBL启动代码到OCM。
加载到OCM中的FSBL代码限制为192KB。

阶段1-执行FSBL启动代码

FSBL总是运行在CPU0上，其将第二阶段启动代码或裸机应用（当镜像中包含两个个ELF文件时，两个ELF文件都在此阶段被加载）加载到DDR。FSBL会禁用缓存和MMU。
配置PL的bit文件在此阶段不是必须的，PS可以在不配置PL的情况下独立使用。可以自定义FSBL代码来使用其他PS外设（Ethernet/USB/STDIO）用于启动或者配置PL。
此时可以使用整个OCM的256KB。可以通过FSBL加载eMMC中的代码，需要将启动模式设置为QSPI，并将FSBL存储于QSPI中。FSBL加载第二阶段启动代码或裸机应用到DDR。

阶段2-用户程序

运行CPU0上的用户程序，在用户程序中启动CPU1，运行CPU1上的用户程序。

最小系统

官方示例中包含了不少功能，除了打印信息的串口外，还用到了中断、两片CPU间数据交换等。

为了直观了解问题的本质，我通常会从最小系统开始，仅包含必要的功能，排除其他信息的干扰。在多核开发中，我们的最小系统只要求CPU0和CPU1都在运行程序就可以了。

CPU0的启动是自然而然的，CPU1却需要我们从WFE状态唤醒，《UG585 —— 6.1.10 Starting Code on CPU 1》中表述如下：

将CPU1加载至DDR中的地址写入地址0xFFFFFFF0
执行SEV指令唤醒CPU1

步骤一

步骤一有两个要素，一个是CPU1应用程序加载地址，一个保存应用程序加载地址的地址0xFFFFFFF0。其中CPU1应用程序加载地址可以在src目录下的《lscript.ld》文件中设置，需要注意CPU0分配地址与CPU1分配地址不能冲突；

地址0xFFFFFFF0为OCM高地址映射，需要保证在执行SEV指令前数据同步，这里我们通过直接禁用数据缓存来保证同步。

步骤二

步骤二要素为SEV指令，这是一个汇编指令，涉及到在C语言中使用汇编语言。 Xilinx的SDK使用GCC编译器，其内嵌汇编语法为__asm__ ("assembly code")。

测试代码

CPU0运行后禁用缓存，打印测试信息，然后唤醒CPU1。

/*
 *  CPU0代码
 *  打印测试信息
 *  禁用数据缓存，0xFFFFFFF0为Cache的高地址映射
 *  启动CPU1
 */
void start_app_u1(void)
{
	u32 *addr_of_ptr;

	addr_of_ptr = (u32 *)0xFFFFFFF0;
	*addr_of_ptr = 0x10000000;
	usleep(1000);

	__asm__("sev");

}

int main()
{
    init_platform();

    Xil_DCacheDisable();

    sleep(3);

    print("Hello World from u0\n\r");

    sleep(3);

    print("Start u1\n\r");

    sleep(3);

    start_app_u1();


    while(1) {

    }
}

CPU1运行后即打印测试信息。

/*
 *  CPU1代码
 *  启动后打印测试信息
 */
int main()
{
    print("Hello World from u1\n\r");

    while(1) {
    }
}

测试结果

总结

至此，我们将CPU0和CPU1都跑起来了。至于如何充分利用双核，不过是在此基础上添加功能罢了，通过进一步了解CPU0和CPU1的私有资源和共用资源，可以完成CPU0和CPU1在运行各自功能的情况下保持交互。