1.簡介

zynq系列開發板有兩個板載Cortex-A9處理器，兩個ARM可以協同處理數據。

多核處理器硬件上的劃分

??1.同構多核：系統中的多個處理器在結構上是相同的；

????????優點是硬件和軟件設計上較為簡單，通用性高。

??2.異構多核：系統中的處理器結構上是不同的；

????????優點是在某些特定場合，專用的硬件加速核可以提高性能。

ZYNQ中的兩個Cortex-A9處理器+可編程邏輯器件FPGA組成了異構多核處理器。

多核處理器從軟件運行方式上劃分

??AMP(Asymmetric Muti-processing)：非對稱多處理

????多個內核相對獨立的運行不同的任務，每個內核相互隔離，可以運行不同的操??作系統或者裸機程序。

??SMP(Symmetric Muti-processing):

????多個處理器運行一個操作系統，這個操作系統同等的管理多個內核。

??BMP(Bound Muti-processing)：混合多模式

????BMP與SMP類似，但是開發者可以指定將某個任務僅在某個指定內核上執行。

AMP模式下要注意不要兩個CPU一起訪問同一個地址或者共享外設。

2.CPU之間通訊原理

2.1 通訊步驟

1.系統初始化

2.啟動CPU1

3.和CPU1進行通訊

4.共享CPU外設

2.2 CPU資源

??CPU資源分為私有資源和公共資源。私有資源是每個CPU都有的資源，只能被各自的CPU訪問，訪問時無需注意沖突。公共資源為CPU之間共享的資源，訪問時要注意訪問沖突。

??私有資源： L1Cache、PPI（Private peripheral interrupts）、MMU（Memory management unit）。

??公共資源： L2Cache、DDR存儲器、OCM(on chip memory)、ICD（Interrupt control distributor）、全局時鐘和其他外等。

??OCM用來和CPU之間的通訊的，與DDR相比，OCM具有更高的性能和更低的延遲。用于小數據量（256KB一下）用OCM更好。

??避免同時訪問的方法

??DDR：CPU0只能訪問0x00100000至0x001FFFFF,CPU1只能訪問0x00200000到0x002FFFFF（可人為更改）

??L2Cache:CPU0使用，CPU1不使用。

??ICD:中斷來自PL，連接到CPU1。

??Timer（定時器）:只有CPU1使用。

??OCM:OCM的某一地址進行標志。當標志為0時這個地址是某個CPU私有的；為1時，這個地址是另一個CPU私有的。或者軟件產生中斷的方式。

2.3 軟件設計

軟件設計分為三個階段

1.First stage boot loader(FSBL):第一啟動階段

2.Bare-metal application for CPU0：裸機應用程序

3.Bare-metal application for CPU1：裸機應用程序

FSBL

??一直運行在CPU上面，是開發板上電之后啟動先啟動Boot rom,后啟動FSBL，負責配置PL然后拷貝兩個處理器的應用程序（ELF）加載到DDR中，然后開始運行第一個應用程序。

Bare-metal application Code

??兩個CPU運行各自的裸機的程序，CPU負責初始化共享外設，并且負責啟動CPU1.

CPU0 Application

??內存的起始地址為0x00100000。這個起始地址可以在鏈接腳本進行修改的。

??CPU0的配置步驟：

??1.配置MMU來禁止cache緩存功能0xFFFF0000至0xFFFFFFFF來保證兩個CPU訪問OCM的一致性。地址映射不可修改。

??2.初始化ICD

??3.啟動CPU1

??4.通過串口打印信息

??5.設置OCM的地址作為信號量

??6.等待地址里面的信號量被清除。

??Boot rom代碼執行后，CPU1也會在OCM的0xFFFFFF00地址上執行一段代碼。功能是檢查地址0xFFFFFFF0的值是否為1來等待事件到來。

??CPU0啟動CPU1是通過向地址0x00200000寫入地址0xFFFFFFF0然后CPU0運行Set Event（SEV）命令啟動CPU1。CPU1會讀取0xFFFFFFF0里面的值0x00200000。然后跳轉到該地址執行程序。

??CPU1的配置步驟

3 如何避免多個CPU同時訪問OCM

??CPU0向OCM寫入一個數據之后，給CPU1產生軟件中斷。讓CPU1知道CPU0已經不再操作該地址。此時CPU1讀取數據，讀取完畢后產生一個中斷通知CPU0。

??軟件中斷（SGIs）：中斷來自CPU內部,每個CPU可以中斷自己或者另外的CPU或者一起中斷，每個CPU有16個中斷號，編號為0到15。向寄存器（ICDSGIR）寫入中斷號并且指定CPU。目標的CPU即可產生中斷。

??OCM:PS的片上存儲器，包括256KB的RAM和128KB的ROM（BootROM）。地址范圍為0x00000000到0002FFFF的三個64KB加上0xFFFF_0000到0xFFFF_FFFF共256KB。

4 程序設計

4.1 程序任務

??CPU0接收串口數據并寫入OCM中，然后利用軟件中斷觸發CPU1;CPU1接收到中斷后，根據從OCM中讀出的數據控制呼吸燈的頻率，并在控制結束后觸發CPU0的中斷，實現雙核CPU通信的功能。

4.2 系統框圖

4.3 軟件操作

4.4 代碼

4.4.1 CPU0_UART

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#include "xparameters.h"#include "xscugic.h"#include "xil_printf.h"#include "xil_exception.h"#include "xil_mmu.h"#include "stdio.h"

//宏定義#define INTC_DEVICE_ID       XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID //中斷ID#define SHARE_BASE           0xffff0000                   //共享OCM首地址#define CPU1_COPY_ADDR       0xfffffff0                   //存放CPU1應用起始地址的地址#define CPU1_START_ADDR      0x10000000                   //CPU1應用起始地址

#define CPU1_ID              XSCUGIC_SPI_CPU1_MASK        //CPU1 ID#define SOFT_INTR_ID_TO_CPU0 0                            //軟件中斷號 0 ,范圍：0~15#define SOFT_INTR_ID_TO_CPU1 1                            //軟件中斷號 1 ,范圍：0~15

//"SEV"指令喚醒CPU1并跳轉至相應的程序#define sev()                __asm__("sev")               //C語言內嵌匯編寫法 send event指令

//函數聲明void start_cpu1();void cpu0_intr_init(XScuGic *intc_ptr);void soft_intr_handler(void *CallbackRef);

//全局變量XScuGic Intc;                    //中斷控制器驅動程序實例int rec_freq_flag = 0;           //接收到呼吸燈頻率設置的標志int freq_gear;                   //頻率檔位

//CPU0 main函數int main(){  //S=b1 TEX=b100 AP=b11, Domain=b1111, C=b0, B=b0  Xil_SetTlbAttributes(SHARE_BASE,0x14de2);    //禁用OCM的Cache屬性

  //S=b1 TEX=b100 AP=b11, Domain=b1111, C=b0, B=b0  Xil_SetTlbAttributes(CPU1_COPY_ADDR,0x14de2);//禁用0xfffffff0的Cache屬性

  //啟動CPU1  start_cpu1();  //CPU0中斷初始化  cpu0_intr_init(&Intc);  while(1){    if(rec_freq_flag == 0){      xil_printf("This is CPU0,Please input the numbers 1~5 to change "          "breath led frequency
");      scanf("%d",&freq_gear);      if(freq_gear >= 1 && freq_gear <=5){        xil_printf("You input number is %d
",freq_gear);        //向共享的地址中寫入輸入的數據        Xil_Out8(SHARE_BASE,freq_gear);        //給CPU1觸發中斷        XScuGic_SoftwareIntr(&Intc,SOFT_INTR_ID_TO_CPU1,CPU1_ID);        rec_freq_flag = 1;      }      else{        xil_printf("Error,The number range is 1~5
");        xil_printf("
");      }    }  }  return 0 ;}

//啟動CPU1，用于固化程序void start_cpu1(){  //向 CPU1_COPY_ADDR(0Xffffffff0)地址寫入 CPU1 的訪問內存基地址  Xil_Out32(CPU1_COPY_ADDR, CPU1_START_ADDR);  dmb();  //等待內存寫入完成(同步)  sev();  //通過"SEV"指令喚醒CPU1并跳轉至相應的程序}

//CPU0中斷初始化void cpu0_intr_init(XScuGic *intc_ptr){  //初始化中斷控制器  XScuGic_Config *intc_cfg_ptr;  intc_cfg_ptr = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);    XScuGic_CfgInitialize(intc_ptr, intc_cfg_ptr,        intc_cfg_ptr->CpuBaseAddress);    //設置并打開中斷異常處理功能    Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,        (Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler, intc_ptr);    Xil_ExceptionEnable();

    XScuGic_Connect(intc_ptr, SOFT_INTR_ID_TO_CPU0,          (Xil_ExceptionHandler)soft_intr_handler, (void *)intc_ptr);

    XScuGic_Enable(intc_ptr, SOFT_INTR_ID_TO_CPU0); //CPU0軟件中斷}

//軟件中斷函數void soft_intr_handler(void *CallbackRef){  xil_printf("This is CPU0,Soft Interrupt from CPU1
");  xil_printf("
");  rec_freq_flag = 0;}

4.4.2 CPU1_LED

//****************************************Copyright (c)***********************************////原子哥在線教學平臺：www.yuanzige.com//技術支持：www.openedv.com//淘寶店鋪：http://openedv.taobao.com//關注微信公眾平臺微信號："正點原子"，免費獲取ZYNQ & FPGA & STM32 & LINUX資料。//版權所有，盜版必究。//Copyright(C) 正點原子 2018-2028//All rights reserved//----------------------------------------------------------------------------------------// File name:           cpu1_led// Last modified Date:  2019/6/8 1736// Last Version:        V1.0// Descriptions:        CPU1應用程序//----------------------------------------------------------------------------------------// Created by:          正點原子// Created date:        2019/6/8 1736// Version:             V1.0// Descriptions:        The original version////----------------------------------------------------------------------------------------//****************************************************************************************//

#include "xparameters.h"#include "xscugic.h"#include "xil_printf.h"#include "xil_exception.h"#include "xil_mmu.h"#include "stdio.h"#include "breath_led_ip.h"

//宏定義#define INTC_DEVICE_ID       XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID //中斷ID#define SHARE_BASE         0xffff0000                   //共享OCM首地址

#define CPU0_ID              XSCUGIC_SPI_CPU0_MASK        //CPU0 ID#define SOFT_INTR_ID_TO_CPU0 0                            //軟件中斷號 0 ,范圍：0~15#define SOFT_INTR_ID_TO_CPU1 1                            //軟件中斷號 1 ,范圍：0~15

#define  LED_IP_BASEADDR     XPAR_BREATH_LED_IP_0_S0_AXI_BASEADDR //LED IP基地址#define  LED_IP_REG0         BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG0_OFFSET //LED IP寄存器地址0#define  LED_IP_REG1         BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG1_OFFSET //LED IP寄存器地址1

//函數聲明void cpu1_intr_init(XScuGic *intc_ptr);void soft_intr_handler(void *CallbackRef);

//全局變量XScuGic Intc;               //中斷控制器驅動程序實例int soft_intr_flag = 0;     //軟件中斷的標志int freq_gear;              //頻率檔位

//CPU1 main函數int main(){  int freq_step = 0;  //S=b1 TEX=b100 AP=b11, Domain=b1111, C=b0, B=b0  Xil_SetTlbAttributes(SHARE_BASE,0x14de2);    //禁用OCM的Cache屬性

  //CPU1中斷初始化  cpu1_intr_init(&Intc);  //打開呼吸燈  BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR, LED_IP_REG0, 1);  while(1){    if(soft_intr_flag){      freq_gear = Xil_In8(SHARE_BASE);     //從共享OCM中讀出數據      xil_printf("CUP1 Received data is %d
",freq_gear) ;      switch(freq_gear){        case 1 : freq_step = 20;break;        case 2 : freq_step = 50;break;        case 3 : freq_step = 100;break;        case 4 : freq_step = 200;break;        case 5 : freq_step = 500;break;        default : freq_step = 50;break;      }      //設置呼吸燈頻率,最高位為1，設置有效      BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG1,(0x80000000|freq_step));      //給給CPU0觸發中斷      XScuGic_SoftwareIntr(&Intc,SOFT_INTR_ID_TO_CPU0,CPU0_ID);      soft_intr_flag = 0;    }  }  return 0 ;}

//CPU1中斷初始化void cpu1_intr_init(XScuGic *intc_ptr){  //初始化中斷控制器  XScuGic_Config *intc_cfg_ptr;  intc_cfg_ptr = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);    XScuGic_CfgInitialize(intc_ptr, intc_cfg_ptr,        intc_cfg_ptr->CpuBaseAddress);    //設置并打開中斷異常處理功能    Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,        (Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler, intc_ptr);    Xil_ExceptionEnable();

    XScuGic_Connect(intc_ptr, SOFT_INTR_ID_TO_CPU1,          (Xil_ExceptionHandler)soft_intr_handler, (void *)intc_ptr);

    XScuGic_Enable(intc_ptr, SOFT_INTR_ID_TO_CPU1); //CPU1軟件中斷}

//軟件中斷函數void soft_intr_handler(void *CallbackRef){  xil_printf("This is CUP1,Soft Interrupt from CPU0
") ;  soft_intr_flag = 1;}