摘要

本文介紹瑞薩RZ/G2L MPU的多核異構設計及通信方案。

背景

在當今的工業和消費電子應用中，系統需求日益增長，不僅要求執行復雜的控制任務，還需要實時地采集和處理數據。為了滿足這些需求，多核異構處理器成為了一種流行的解決方案。這類處理器通常結合了ARM架構的A系列核心（用于處理高級計算任務）以及M系列或R系列核心（專注于實時操作）。在這種架構下，復雜的控制任務可以由搭載Linux的A核心處理，而實時數據的采集和處理則可以交由運行RTOS或bare-metal的M核或R核來完成。

與傳統的單核MPU和單核MCU的多芯片系統設計相比，多核異構處理器展現出顯著的優勢。在傳統設計中，兩顆芯片之間需要通過外部接口交換大量數據，這不僅占用了寶貴的引腳資源，而且數據傳輸效率低下。相反，集成了A核和M核或R核的多核異構處理器利用內部總線結構實現了快速通信，并共享內部資源，從而避免了對外部引腳的占用。這種多核異構的系統設計不僅降低了通信過程中的信息安全風險，還減少了芯片采購和管理成本，縮減了PCB板的成本和尺寸，并簡化了開發流程。

RZ/G2L產品介紹

配備雙核Arm Cortex-A55 (1.2 GHz) CPU和單核Arm Cortex-M33 (200 MHz) CPU、3D圖形加速引擎和視頻編碼解碼引擎器的通用微處理器。

G2L框圖

異構通信機制OPENAMP

Open Asymmetric Multi-Processing

在RZ/G2L系列的MPU中，我們可以看到多核異構架構的一個實際應用。這款MPU擁有一個大核Cortex-A55，頻率高達1.2GHz，能夠運行Linux操作系統，以及一個小核Cortex-M33，頻率為200MHz，專門用于運行RTOS或裸機(bare-metal)程序。這兩個核心之間的異構通信是通過OpenAMP軟件框架實現的。

OpenAMP是一個輕量級的通信協議，它使得不同的處理器能夠通過共享內存或消息傳遞機制來進行交流。在一個多核處理系統中，各個處理器可能會運行不同的軟件模塊，而OpenAMP框架則為這些模塊之間的數據交換和協作提供了一種有效的手段。通過這種方式，OpenAMP不僅簡化了多處理器間的通信，還增強了整個系統的協同效率和功能性。見圖1。

圖1

Virtio

虛擬化模塊

Virtio是一個共享內存管理的虛擬設備框架，Virtio中的vring是指向數據緩沖區指針的FIFO隊列，有兩個單向的vring，一個vring專用于發送到遠程處理器的消息，另一個vring用于從遠程處理器接收的消息， 數據就存放于共享的內存中，即Vring buffers， 一半用于發送，一半用于接收。

RPMsg

遠程處理器消息傳遞

RPMsg框架位于Virtio的上層，RPMsg（Remote Processor Messaging）框架是一種基于Virtio的消息總線。見圖2。

圖2

Remoteproc

主處理器上的Linux操作系統可以對遠程處理器及其相關軟件環境進行生命周期管理，即啟動或關閉遠程處理器。見圖3。

圖3

IPCC處理器間通信控制器

MHU（Message Handling Unit）是MPU芯片內的一個IP模塊，擔任IPCC角色，用于Cortex-A55（CA55）之間或與Cortex-M33（CM33）之間的消息通信。數據傳輸通過共享內存方式實現。

一個通道由一對數據傳輸處理寄存器和響應傳輸處理寄存器組成，共掛載12個通道（CA55 Core0/Core1 CM33，安全和非安全區域）。見圖4。

圖4

以上介紹了RZ/G2L雙核異構的通信方式，同時RZ/G2L產品也提供相應的軟件支持。

Multi-os (CA55 Linux + CM33 RTOS)

客戶可以使用靈活的軟件包（FSP）快速開發應用程序，使用OpenAMP創建與Linux配合使用的應用程序。見圖5。

圖5

Cortex-M33開發環境

圖6

相應硬件板及軟件工具可以通過瑞薩官網獲得。

JTAG在線調試

當連接JTAG時，必須如下設置DIP SW1。見圖7。

圖7

CORTEX-M33啟動方式

● CM33由CA55加載啟動

● 引導過程中有多個時間點可以執行此操作：

● Arm Trusted Firmware

啟動CM33的最快方法

允許將代碼加載到安全RAM中

● u-boot -> Multi OS SW package默認方式

CM33 固件容易更新

二進制文件存儲在u-boot可以訪問的文件系統中

● Linux (remoteproc)

最方便維護，軟件升級改動少

共享資源

資源共享時，請注意如下分配

● 引腳復用

● 內存分配

● 外設分配

以上介紹了RZ/G2L MPU的多核異構設計及通信方案，目前RZ/G系列都采用ARM A核和M核或R核的多核異構設計，更多產品信息您可訪問瑞薩官網。