瑞萨RZ/G2L MPU的多核异构设计及通信方案
摘要
本文介绍瑞萨rz/g2l mpu的多核异构设计及通信方案。
背景
在当今的工业和消费电子应用中，系统需求日益增长，不仅要求执行复杂的控制任务，还需要实时地采集和处理数据。为了满足这些需求，多核异构处理器成为了一种流行的解决方案。这类处理器通常结合了arm架构的a系列核心（用于处理高级计算任务）以及m系列或r系列核心（专注于实时操作）。在这种架构下，复杂的控制任务可以由搭载linux的a核心处理，而实时数据的采集和处理则可以交由运行rtos或bare-metal的m核或r核来完成。
与传统的单核mpu和单核mcu的多芯片系统设计相比，多核异构处理器展现出显著的优势。在传统设计中，两颗芯片之间需要通过外部接口交换大量数据，这不仅占用了宝贵的引脚资源，而且数据传输效率低下。相反，集成了a核和m核或r核的多核异构处理器利用内部总线结构实现了快速通信，并共享内部资源，从而避免了对外部引脚的占用。这种多核异构的系统设计不仅降低了通信过程中的信息安全风险，还减少了芯片采购和管理成本，缩减了pcb板的成本和尺寸，并简化了开发流程。
rz/g2l产品介绍
配备双核arm cortex-a55 (1.2 ghz) cpu和单核arm cortex-m33 (200 mhz) cpu、3d图形加速引擎和视频编码解码引擎器的通用微处理器。
g2l框图
异构通信机制openamp
open asymmetric multi-processing
在rz/g2l系列的mpu中，我们可以看到多核异构架构的一个实际应用。这款mpu拥有一个大核cortex-a55，频率高达1.2ghz，能够运行linux操作系统，以及一个小核cortex-m33，频率为200mhz，专门用于运行rtos或裸机(bare-metal)程序。这两个核心之间的异构通信是通过openamp软件框架实现的。
openamp是一个轻量级的通信协议，它使得不同的处理器能够通过共享内存或消息传递机制来进行交流。在一个多核处理系统中，各个处理器可能会运行不同的软件模块，而openamp框架则为这些模块之间的数据交换和协作提供了一种有效的手段。通过这种方式，openamp不仅简化了多处理器间的通信，还增强了整个系统的协同效率和功能性。见图1。
图1
virtio
虚拟化模块
virtio是一个共享内存管理的虚拟设备框架，virtio中的vring是指向数据缓冲区指针的fifo队列，有两个单向的vring，一个vring专用于发送到远程处理器的消息，另一个vring用于从远程处理器接收的消息， 数据就存放于共享的内存中，即vring buffers， 一半用于发送，一半用于接收。
rpmsg
远程处理器消息传递
rpmsg框架位于virtio的上层，rpmsg（remote processor messaging）框架是一种基于virtio的消息总线。见图2。
图2
remoteproc
主处理器上的linux操作系统可以对远程处理器及其相关软件环境进行生命周期管理，即启动或关闭远程处理器。见图3。
图3
ipcc处理器间通信控制器
mhu（message handling unit）是mpu芯片内的一个ip模块，担任ipcc角色，用于cortex-a55（ca55）之间或与cortex-m33（cm33）之间的消息通信。数据传输通过共享内存方式实现。
一个通道由一对数据传输处理寄存器和响应传输处理寄存器组成，共挂载12个通道（ca55 core0/core1 cm33，安全和非安全区域）。见图4。
图4
以上介绍了rz/g2l双核异构的通信方式，同时rz/g2l产品也提供相应的软件支持。
multi-os (ca55 linux + cm33 rtos)
客户可以使用灵活的软件包（fsp）快速开发应用程序，使用openamp创建与linux配合使用的应用程序。见图5。
图5
cortex-m33开发环境
图6
相应硬件板及软件工具可以通过瑞萨官网获得。
jtag在线调试
当连接jtag时，必须如下设置dip sw1。见图7。
图7
cortex-m33启动方式
● cm33由ca55加载启动
● 引导过程中有多个时间点可以执行此操作：
● arm trusted firmware
启动cm33的最快方法
允许将代码加载到安全ram中
● u-boot -> multi os sw package默认方式
cm33 固件容易更新
二进制文件存储在u-boot可以访问的文件系统中
● linux (remoteproc)
最方便维护，软件升级改动少
共享资源
资源共享时，请注意如下分配
● 引脚复用
● 内存分配
● 外设分配
以上介绍了rz/g2l mpu的多核异构设计及通信方案，目前rz/g系列都采用arm a核和m核或r核的多核异构设计，更多产品信息您可访问瑞萨官网。
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背景
在当今的工业和消费电子应用中，系统需求日益增长，不仅要求执行复杂的控制任务，还需要实时地采集和处理数据。为了满足这些需求，多核异构处理器成为了一种流行的解决方案。这类处理器通常结合了arm架构的a系列核心（用于处理高级计算任务）以及m系列或r系列核心（专注于实时操作）。在这种架构下，复杂的控制任务可以由搭载linux的a核心处理，而实时数据的采集和处理则可以交由运行rtos或bare-metal的m核或r核来完成。
与传统的单核mpu和单核mcu的多芯片系统设计相比，多核异构处理器展现出显著的优势。在传统设计中，两颗芯片之间需要通过外部接口交换大量数据，这不仅占用了宝贵的引脚资源，而且数据传输效率低下。相反，集成了a核和m核或r核的多核异构处理器利用内部总线结构实现了快速通信，并共享内部资源，从而避免了对外部引脚的占用。这种多核异构的系统设计不仅降低了通信过程中的信息安全风险，还减少了芯片采购和管理成本，缩减了pcb板的成本和尺寸，并简化了开发流程。
rz/g2l产品介绍
配备双核arm cortex-a55 (1.2 ghz) cpu和单核arm cortex-m33 (200 mhz) cpu、3d图形加速引擎和视频编码解码引擎器的通用微处理器。
g2l框图
异构通信机制openamp
open asymmetric multi-processing
在rz/g2l系列的mpu中，我们可以看到多核异构架构的一个实际应用。这款mpu拥有一个大核cortex-a55，频率高达1.2ghz，能够运行linux操作系统，以及一个小核cortex-m33，频率为200mhz，专门用于运行rtos或裸机(bare-metal)程序。这两个核心之间的异构通信是通过openamp软件框架实现的。
openamp是一个轻量级的通信协议，它使得不同的处理器能够通过共享内存或消息传递机制来进行交流。在一个多核处理系统中，各个处理器可能会运行不同的软件模块，而openamp框架则为这些模块之间的数据交换和协作提供了一种有效的手段。通过这种方式，openamp不仅简化了多处理器间的通信，还增强了整个系统的协同效率和功能性。见图1。
图1
virtio
虚拟化模块
virtio是一个共享内存管理的虚拟设备框架，virtio中的vring是指向数据缓冲区指针的fifo队列，有两个单向的vring，一个vring专用于发送到远程处理器的消息，另一个vring用于从远程处理器接收的消息， 数据就存放于共享的内存中，即vring buffers， 一半用于发送，一半用于接收。
rpmsg
远程处理器消息传递
rpmsg框架位于virtio的上层，rpmsg（remote processor messaging）框架是一种基于virtio的消息总线。见图2。
图2
remoteproc
主处理器上的linux操作系统可以对远程处理器及其相关软件环境进行生命周期管理，即启动或关闭远程处理器。见图3。
图3
ipcc处理器间通信控制器
mhu（message handling unit）是mpu芯片内的一个ip模块，担任ipcc角色，用于cortex-a55（ca55）之间或与cortex-m33（cm33）之间的消息通信。数据传输通过共享内存方式实现。
一个通道由一对数据传输处理寄存器和响应传输处理寄存器组成，共挂载12个通道（ca55 core0/core1 cm33，安全和非安全区域）。见图4。
图4
以上介绍了rz/g2l双核异构的通信方式，同时rz/g2l产品也提供相应的软件支持。
multi-os (ca55 linux + cm33 rtos)
客户可以使用灵活的软件包（fsp）快速开发应用程序，使用openamp创建与linux配合使用的应用程序。见图5。
图5
cortex-m33开发环境
图6
相应硬件板及软件工具可以通过瑞萨官网获得。
jtag在线调试
当连接jtag时，必须如下设置dip sw1。见图7。
图7
cortex-m33启动方式
● cm33由ca55加载启动
● 引导过程中有多个时间点可以执行此操作：
● arm trusted firmware
启动cm33的最快方法
允许将代码加载到安全ram中
● u-boot -> multi os sw package默认方式
cm33 固件容易更新
二进制文件存储在u-boot可以访问的文件系统中
● linux (remoteproc)
最方便维护，软件升级改动少
共享资源
资源共享时，请注意如下分配
● 引脚复用
● 内存分配
● 外设分配
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