非對稱的ARM雙系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品的低延時——基于ZYNQ

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)要求越來越復(fù)雜，既要強(qiáng)大的多任務(wù)的事務(wù)處理能力，又需要低延時實(shí)時任務(wù)處理能力的需求，特別是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域（如數(shù)控機(jī)床、機(jī)械臂）、電力監(jiān)測領(lǐng)域（如DTU、繼保設(shè)備、一二次融合設(shè)備）等應(yīng)用場景尤為迫切。為了滿足日益復(fù)雜的系統(tǒng)要求，創(chuàng)龍科技推出了基于Xilinx Zynq-7020/7010實(shí)現(xiàn)的雙系統(tǒng)解決方案。

Xilinx Zynq-7020/7010是一款集成雙核ARM Cortex-A9 + Artix-7 FPGA架構(gòu)的單芯片SoC，它的OpenAMP框架可實(shí)現(xiàn)雙核ARM Cortex-A9非對稱使用方案，從而使雙核ARM實(shí)現(xiàn)分別跑兩個系統(tǒng)：一個ARM Cortex-A9跑Linux，一個ARM Cortex-A9作為實(shí)時核跑RTOS（FreeRTOS）或者裸機(jī)。實(shí)時核與FPGA端進(jìn)行低延時的高速數(shù)據(jù)交換與實(shí)時通訊控制，從而滿足低延時的實(shí)時任務(wù)要求。而跑Linux的 ARM核作為更上層應(yīng)用，處理更復(fù)雜的業(yè)務(wù)事務(wù)。

Xilinx Zynq-7020/7010單芯片SoC方案配合雙系統(tǒng)的應(yīng)用為工業(yè)控制、電力一二次融合設(shè)備、醫(yī)療電子、測試測量、汽車電子、通信等應(yīng)用提供了更靈活、更具成本優(yōu)勢的解決方案。

1、echo_test案例

1.1 案例功能

案例功能：CPU0使用RPMsg向CPU1發(fā)送數(shù)據(jù)，CPU1接收到數(shù)據(jù)后再使用RPMsg向CPU0回傳數(shù)據(jù)。CPU0對回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，并輸出驗(yàn)證結(jié)果。

1.2 操作說明

將CPU1裸機(jī)或FreeRTOS可執(zhí)行文件復(fù)制到評估板文件系統(tǒng)“/lib/firmware/”目錄下，并執(zhí)行如下命令加載CPU1程序。

Target# echo echo_test.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
Target# echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

圖 3

執(zhí)行如下命令加載RPMsg驅(qū)動，并在“/dev/”目錄下生成RPMsg設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
Target# modprobe rpmsg_user_dev_driver

圖 4

將CPU0應(yīng)用程序可執(zhí)行文件復(fù)制到評估板文件系統(tǒng)，并執(zhí)行如下命令通過RPMsg與CPU1進(jìn)行通信。

Target# ./echo_test

圖 5

輸入1，并按回車鍵進(jìn)行測試。

圖6

圖7

輸入2，并按回車鍵退出測試。

圖 8

執(zhí)行如下命令，停止CPU1程序。

Target# echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

圖 9

2、matrix_multiply案例

2.1 案例功能

案例功能：CPU0隨機(jī)生成兩個矩陣并使用RPMsg向CPU1發(fā)送數(shù)據(jù)，CPU1接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算，再使用RPMsg向CPU0回傳運(yùn)算結(jié)果，然后CPU0通過串口終端輸出運(yùn)算結(jié)果。

2.2 操作說明

將CPU1裸機(jī)或FreeRTOS可執(zhí)行文件復(fù)制到評估板文件系統(tǒng)“/lib/firmware/”目錄下，并執(zhí)行如下命令加載CPU1程序。

Target# echo matrix_multiply.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware

Target# echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

圖 10

執(zhí)行如下命令加載RPMsg驅(qū)動，并在“/dev/”目錄下生成RPMsg設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

Target# modprobe rpmsg_user_dev_driver

圖 11

將CPU0應(yīng)用程序可執(zhí)行文件復(fù)制到評估板文件系統(tǒng)，并執(zhí)行如下命令通過RPMsg與CPU1進(jìn)行通信。

Target# ./mat_mul_demo

圖 12

輸入1，并按回車鍵進(jìn)行測試。

圖 13

輸入2，并按回車鍵退出測試。

圖 14

執(zhí)行如下命令，停止CPU1程序。

Target# echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

圖 15

3、內(nèi)存分配說明

512MByte DDR容量版本核心板的內(nèi)存地址分配如下：

表 1

1GByte DDR容量版本核心板的內(nèi)存地址分配如下：

表 2

如需修改CPU1程序(OpenAMP-remote app)內(nèi)存地址空間范圍，可通過更改設(shè)備樹文件tlz7x-easyevm-s.dts、資源表rsc_table.c及鏈接文件lscript.ld對內(nèi)存地址空間進(jìn)行重新分配。三者需同步修改并保持一致，以確保固件程序鏈接地址與設(shè)備樹配置的elf_ddr_0對應(yīng)。所使用的資源（內(nèi)存和virtio設(shè)備資源）不能超出設(shè)備樹文件配置的內(nèi)存范圍。

圖 16設(shè)備樹文件tlz7x-easyevm-s.dts配置

圖 17設(shè)備樹文件tlz7x-easyevm-s.dts配置

圖 18 CPU1程序資源表rsc_table.c配置

圖 19 CPU1程序鏈接文件lscript.ld配置

上述推文中的案例是在創(chuàng)龍科技(Tronlong)基于Zynq-7010/7020處理器設(shè)計的兩款工業(yè)評估板——TLZ7x-EasyEVM、TLZ7x-EasyEVM-S上實(shí)現(xiàn)的，它由核心板+底板構(gòu)成，用戶使用核心板進(jìn)行二次開發(fā)時，僅需專注上層運(yùn)用，降低了開發(fā)難度和時間成本，可快速進(jìn)行產(chǎn)品方案評估與技術(shù)預(yù)研。

圖 1 TLZ7x-EasyEVM硬件資源框圖

圖 2 TLZ7x-EasyEVM硬件資源框圖

圖 3 TLZ7x-EasyEVM-S硬件資源框圖

圖 4 TLZ7x-EasyEVM-S硬件資源框圖