在當(dāng)今的電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，而異核通信技術(shù)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。OpenAMP 軟件框架作為針對(duì)非對(duì)稱多處理（AMP）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序所需的軟件框架，為實(shí)現(xiàn)核間通信提供了強(qiáng)大的支持。用戶通過(guò)調(diào)用該框架組件中的 API，就能輕松實(shí)現(xiàn)核間通信。

在具體的硬件架構(gòu)中，以 STM32MP157 為例，其 A7 內(nèi)核和 M4 內(nèi)核通過(guò) IPCC 中斷機(jī)制來(lái)通知對(duì)方在共享內(nèi)存中有新的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)已經(jīng)被處理。需要注意的是，在 A7 這邊已經(jīng)默認(rèn)開(kāi)啟了 IPCC 中斷，而 M4 一定要開(kāi)啟 IPCC 中斷，否則 M4 就無(wú)法使能 OpenAMP。同時(shí)，HSEM（硬件信號(hào)量）默認(rèn)開(kāi)啟，它的作用是確保所有內(nèi)核可以有序地訪問(wèn)公共資源。內(nèi)核能夠使用信號(hào)量來(lái)保證對(duì)外圍設(shè)備的獨(dú)占訪問(wèn)和信息交換，這對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

從系統(tǒng)架構(gòu)的角度來(lái)看，存在同構(gòu)和異構(gòu)的概念。如果所有的 CPU 或的架構(gòu)都一樣，那么稱為同構(gòu)；反之，如果所有 CPU 或的架構(gòu)有不一樣的，那么就稱為異構(gòu)，像 STM32MP157 有 A7 和 M4 核就是典型的異構(gòu)情況。多核操作系統(tǒng)體系主要包括 SMP（對(duì)稱多處理）結(jié)構(gòu)、AMP（非對(duì)稱多處理）結(jié)構(gòu)和 BMP（邊界多處理）結(jié)構(gòu)。SMP 結(jié)構(gòu)一般運(yùn)行在同構(gòu)處理器下，由一個(gè) OS 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩個(gè)處理器，兩個(gè)處理器共享內(nèi)存，每個(gè)運(yùn)行的應(yīng)用程序地址相同，通過(guò) MMU（內(nèi)存管理單元）將它們映射到主存的不同位置。而 AMP 結(jié)構(gòu)則是每個(gè)內(nèi)核運(yùn)行自己的 OS 或同一 OS。

基于 OpenAMP，生命周期管理是通過(guò) Remoteproc 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)核間通信是通過(guò) RPMsg 來(lái)管理的。IPCC 通信框架在異核通信中也起著關(guān)鍵作用，郵箱依賴于 IPCC，STM32MP157 的 IPCC 硬件模塊有 6 個(gè)雙向通道，每個(gè)通道分為兩個(gè)子通道，共有 12 個(gè)子通道。處理器之間交互的數(shù)據(jù)存放于共享內(nèi)存中，IPCC 中斷機(jī)制用于當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包被放入共享內(nèi)存時(shí)，通知另一個(gè) CPU 有新的數(shù)據(jù)包需要處理。A7 內(nèi)核的中斷控制器是 GIC，M4 內(nèi)核的中斷控制器是 NVIC，且處理器之間要交互的數(shù)據(jù)是在共享內(nèi)存中傳輸?shù)?，?IPCC 處封裝了郵箱（Mailbox）框架，用于通知 CPU 在共享內(nèi)存中有數(shù)據(jù)要處理。

郵箱框架的工作流程較為復(fù)雜。首先要注冊(cè)郵箱控制器，郵箱客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)前需先申請(qǐng)通道，接著客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，郵箱控制器將底層接收到的數(shù)據(jù)回調(diào)給上層應(yīng)用，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)完時(shí)，郵箱控制器通知上層當(dāng)前數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完成，郵箱客戶端釋放通道。RemoteProc 軟件框架解決了遠(yuǎn)程處理器生命周期的問(wèn)題，RPMsg 軟件框架解決了核間通信的問(wèn)題，M4 主要依賴 OpenAMP 庫(kù)中已有的軟件框架來(lái)實(shí)現(xiàn)和 A7 通信。

Virtio（虛擬化模塊）中的 vring 是指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針的 FIFO 隊(duì)列，有兩個(gè)單向的 vring，一個(gè)用于發(fā)送到遠(yuǎn)程處理器的消息，另一個(gè)用于從遠(yuǎn)程處理器接收的消息，兩個(gè) vring 組成一個(gè)環(huán)形，其緩沖區(qū)就是兩個(gè)處理器的共享內(nèi)存。在實(shí)際操作中，A 核遠(yuǎn)程啟動(dòng) M4 核（遠(yuǎn)程協(xié)處理器）有特定的腳本指令，例如加載固件、啟動(dòng)固件和關(guān)閉固件運(yùn)行等操作。而且 A7 和 M4 之間通過(guò) RPMsg 進(jìn)行核間通信時(shí)，需要 A7 發(fā)送條消息，RPMsg 通道才會(huì)被激活，通道激活以后，M4 才能給 A7 發(fā)送數(shù)據(jù)。

以下是相關(guān)的圖片說(shuō)明：

• 異核通信框架：
  

  

• SMP 結(jié)構(gòu)示意圖：
  

  

• AMP 結(jié)構(gòu)示意圖：
  

  

• IPCC 通信框架：
  

  

• IPCC 硬件模塊通道示意圖：
  

  

• 郵箱框架相關(guān)：
  

  

• Virtio vring 示意圖：
  

  

• 雙核通信流程圖：
  

  

• 加載 rpmsg 驅(qū)動(dòng)過(guò)程圖：