一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备

专利名称：一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411171805.2

专利申请（专利权）人：惠州华阳通用电子有限公司
权利人地址：广东省惠州市东江高新科技产业园上霞北路1号华阳工业园A区2号

专利发明（设计）人：徐志刚,梁宏沛

专利摘要：本发明涉及嵌入式系统开发技术领域，提供一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备，在多核同构的SOC中通过GPOS启动器对系统资源进行配置，并通过实时操作系统RTOS来启动通用操作系统GPOS，由于实时操作系统RTOS首先启动，因此能够配合实现车载系统业务要求中快速功能的启动，再启动通用操作系统GPOS完成系统要求的更复杂的软件生态，使得SoC启动完成后组成APM混合系统，保证了快速启动业务和非实时OS中OpenCV软件生态同时在单一SoC上，充分满足车载系统的业务需求；能够在一个SoC上组成“RTOS+GPOS混合AMP系统”，有效降低成本。

主权利要求：
1.一种基于多核同构的AMP系统实现方法，其特征在于，包括：
上电启动SOC，读取并运行引导加载程序bootloader，跳转执行对实时操作系统RTOS运行环境的初始化，加载文件系统启动所述实时操作系统RTOS；
所述实时操作系统RTOS基于配置文件执行资源划分隔离，包括：将其自身所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，并且将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树；
所述实时操作系统RTOS将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址，通过PSCI机制加载文件系统启动所述通用操作系统GPOS，组成AMP系统；
在执行资源划分隔离之前还包括：所述实时操作系统RTOS获取硬件外设的操作API和对应的配置文件，具体为：通过GetCpuInfo()函数获取当前SoC的核心数量及id，并存储到cpuinfo.cfg文件中；
通过GeteMMCInfo()函数获取当前存储器件信息，并存储到eMMCinfo.cfg文件中；通过GetDDRInfo()函数获取当前DDR信息，并存储到ddrinfo.cfg文件中；
所述将其自身所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动包括：
获取对应包含当前SoC、当前存储器件、当前DDR配置信息的所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件；
获取用户预定义的第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg对应于所述实时操作系统RTOS的配置信息；
基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，生成第一源文件rtos_defconfig.dts并作为所述实时操作系统RTOS的设备树配置，划分得到所述实时操作系统RTOS可识别的SoC资源；
所述实时操作系统RTOS对其所属的SoC资源进行硬件初始化、设备驱动加载、执行外部设备点亮，实现快速启动；
所述将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树包括：
获取用户预定义的第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg对应于所述通用操作系统GPOS的配置信息；
基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，生成第二源文件gpos_defconfig.dts并作为所述通用操作系统GPOS的设备树配置，划分得到所述通用操作系统GPOS可识别的SoC资源。
2.如权利要求1所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，其特征在于，所述实时操作系统RTOS将GPOS映像加载到配置好的DDR地址包括：根据所述ddrinfo.cfg文件以及所述第二源文件gpos_defconfig.dts，确定出所述通用操作系统GPOS加载到DDR的指定地址gpos_loader_addr；
所述实时操作系统RTOS通过eMMC_readto_DDR()函数将存储在SoC外部储存器件的GPOS映像读取到指定地址gpos_loader_addr，完成GPOS映像加载工作。
3.如权利要求1所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，其特征在于，所述通过PSCI机制加载文件系统启动所述通用操作系统GPOS具体为：所述实时操作系统RTOS利用PSCI机制执行SMC指令的交互，将所述通用操作系统GPOS在资源隔离后对应的SoC核心上运行；进而所述通用操作系统GPOS根据对应的设备树配置进行启动，并初始化所述通用操作系统GPOS的专用硬件资源；所述实时操作系统RTOS、所述通用操作系统GPOS同时运行在SoC上组成AMP系统。
4.如权利要求1所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，其特征在于，所述上电启动SOC，读取并运行引导加载程序bootloader，执行对实时操作系统RTOS运行环境的初始化，加载文件系统启动所述实时操作系统RTOS包括：A1、SoC上电复位，运行SoC内部ROM程序；
A2、ROM程序执行自检，进而将存储器件中引导加载程序Bootloader的BL1映像加载到SoC内部RAM中运行；
A3、BL1加载并校验存储器件中引导加载程序Bootloader的BL2映像，BL2程序对DDR对初始化，将BL31加载到DDR中运行；
A4、BL31初始化PSCI、向量表后，将BL33加载到DDR中运行，BL33将OS内核加载到DDR中；
A5、通过PSCI机制启动所述实时操作系统RTOS，Bootloader阶段结束，SoC进入RTOS内核管控阶段。
5.一种基于多核同构的AMP系统实现设备，用于实现如权利要求1 4中任一项所述的一~种基于多核同构的AMP系统实现方法，其特征在于：包括设置于实时操作系统RTOS内的GPOS启动器，所述GPOS启动器包括RTOS处理模块、SoC资源隔离模块、GPOS映像加载模块、GPOS启动模块；
所述RTOS处理模块用于实现对于SOC硬件外设的操作执行，进而获取硬件外设的操作API和对应的配置文件；
所述SoC资源隔离模块用于执行资源划分隔离，包括：将所述实时操作系统RTOS所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，并且将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树；
所述GPOS映像加载模块用于将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址；
所述GPOS启动模块用于通过PSCI机制加载文件系统启动通用操作系统GPOS。
6.如权利要求5所述的一种基于多核同构的AMP系统实现设备，其特征在于：所述SOC硬件外设至少包括图像获取设备、显示设备和存储器件中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的一种基于多核同构的AMP系统实现设备，其特征在于：所述存储器件包括只读存储器、随机存取器和DDR，所述存储器件上存储有计算机程序，用于实现如权利要求1 4中任一项所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法。
~ 说明书 : 一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备技术领域[0001] 本发明涉及嵌入式系统开发技术领域，尤其涉及一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备。背景技术[0002] ‌AMP架构是一种多核处理器的运行模式，它允许每个核心独立运行不同的任务，甚至可以运行不同的操作系统或裸机程序。这种架构有两种主要类型：[0003] ‌非对称多处理（AMP）：在这种模式下，每个核心可以独立运行不同的任务，甚至不同的操作系统。这种架构适用于需要高度独立处理能力的系统，如‌工业控制系统和‌实时系统，其中每个核心可以专注于特定的任务，从而提高系统的整体效率和稳定性。[0004] 对称多处理（‌SMP）：在这种模式下，所有核心都运行同一个操作系统，由同一个操作系统管理。这种模式适用于需要高并发性能的场景，如‌服务器和高端工作站，其中多个核心协同工作以提高整体性能。‌[0005] 现有的多核SoC，一个OS运行在多个SoC核心上，形成对称多核操作系统，也叫做SMP，也就是运行单一的操作系统实例，所有处理器共享操作系统的内核。[0006] SMP系统一般为单一的通用操作系统GPOS（例如Linux，非实时系统）或者单一的实时操作系统RTOS，一般情况下可以满足业务要求。[0007] 但是对于车载上的部分业务，无法满足其要求。比如说电子外后视镜产品，在SoC上电后，需要最快的时间去初始化摄像头、点亮屏幕，但是通用操作系统GPOS一般启动时间较慢，无法在1s以内完成启动，所以无法满足要求。与此同时，电子外后视镜产品还需要通用操作系统GPOS上成熟的OpenCV软件生态执行视频识别、处理等功能。若使用不同的多核SOC分别运行通用操作系统GPOS、实时操作系统RTOS，则将导致成本激增。发明内容[0008] 本发明提供一种基于多核同构的AMP系统实现方法及设备，解决了现有的SMP系统启动速率低、仅能运行单一的操作系统，无法充分满足车载系统的业务需求的技术问题。[0009] 为解决以上技术问题，本发明提供一种基于多核同构的AMP系统实现方法，包括：[0010] 上电启动SOC，读取并运行引导加载程序bootloader，跳转执行对实时操作系统RTOS运行环境的初始化，加载文件系统启动所述实时操作系统RTOS；[0011] 所述实时操作系统RTOS基于配置文件执行资源划分隔离，包括：将其自身所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，并且将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树；[0012] 所述实时操作系统RTOS将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址，通过PSCI机制加载文件系统启动所述通用操作系统GPOS，组成AMP系统。[0013] 在进一步的实施方案中，在执行资源划分隔离之前还包括：所述实时操作系统RTOS获取硬件外设的操作API和对应的配置文件，具体为：[0014] 通过GetCpuInfo()函数获取当前SoC的核心数量及id，并存储到cpuinfo.cfg文件中；通过GeteMMCInfo()函数获取当前存储器件信息，并存储到eMMCinfo.cfg文件中；通过GetDDRInfo()函数获取当前DDR信息，并存储到ddrinfo.cfg文件中。[0015] 在进一步的实施方案中，所述将其自身所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动包括：[0016] 获取对应包含当前SoC、当前存储器件、当前DDR配置信息的所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件；[0017] 获取用户预定义的第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg对应于所述实时操作系统RTOS的配置信息；[0018] 基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，生成第一源文件rtos_defconfig.dts并作为所述实时操作系统RTOS的设备树配置，划分得到所述实时操作系统RTOS可识别的SoC资源；[0019] 所述实时操作系统RTOS对其所属的SoC资源进行硬件初始化、设备驱动加载、执行外部设备点亮，实现快速启动。[0020] 在进一步的实施方案中，所述将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树包括：[0021] 获取用户预定义的第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg对应于所述通用操作系统GPOS的配置信息；[0022] 基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，生成第二源文件gpos_defconfig.dts并作为所述通用操作系统GPOS的设备树配置，划分得到所述通用操作系统GPOS可识别的SoC资源。[0023] 在进一步的实施方案中，所述实时操作系统RTOS将GPOS映像加载到配置好的DDR地址包括：[0024] 根据所述ddrinfo.cfg文件以及所述第二源文件gpos_defconfig.dts，确定出所述通用操作系统GPOS加载到DDR的指定地址gpos_loader_addr；[0025] 所述实时操作系统RTOS通过eMMC_readto_DDR()函数将存储在SoC外部储存器件的GPOS映像读取到指定地址gpos_loader_addr，完成GPOS映像加载工作。[0026] 在进一步的实施方案中，所述通过PSCI机制加载文件系统启动所述通用操作系统GPOS具体为：[0027] 所述实时操作系统RTOS利用PSCI机制执行SMC指令的交互，将所述通用操作系统GPOS在资源隔离后对应的SoC核心上运行；进而所述通用操作系统GPOS根据对应的设备树配置进行启动，并初始化所述通用操作系统GPOS的专用硬件资源；所述实时操作系统RTOS、所述通用操作系统GPOS同时运行在SoC上组成AMP系统。[0028] 在进一步的实施方案中，所述上电启动SOC，读取并运行引导加载程序bootloader，执行对实时操作系统RTOS运行环境的初始化，加载文件系统启动所述实时操作系统RTOS包括：[0029] A1、SoC上电复位，运行SoC内部ROM程序；[0030] A2、ROM程序执行自检，进而将存储器件中引导加载程序Bootloader的BL1映像加载到SoC内部RAM中运行；[0031] A3、BL1加载并校验存储器件中引导加载程序Bootloader的BL2映像，BL2程序对DDR对初始化，将BL31加载到DDR中运行；[0032] A4、BL31初始化PSCI、向量表后，将BL33加载到DDR中运行，BL33将OS内核加载到DDR中；[0033] A5、通过PSCI机制启动所述实时操作系统RTOS，Bootloader阶段结束，SoC进入RTOS内核管控阶段。[0034] 本发明还提供一种基于多核同构的AMP系统实现设备，用于实现如上所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，包括设置于实时操作系统RTOS内的GPOS启动器，所述GPOS启动器包括RTOS处理模块、SoC资源隔离模块、GPOS映像加载模块、GPOS启动模块；[0035] 所述RTOS处理模块用于实现对于SOC硬件外设的操作执行，进而获取硬件外设的操作API和对应的配置文件；[0036] 所述SoC资源隔离模块用于执行资源划分隔离，包括：将所述实时操作系统RTOS所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，并且将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树；[0037] 所述GPOS映像加载模块用于将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址；[0038] 所述GPOS启动模块用于通过PSCI机制加载文件系统启动通用操作系统GPOS。[0039] 在进一步的实施方案中，所述SOC硬件外设至少包括图像获取设备、显示设备和存储器件中的一种或多种。[0040] 在进一步的实施方案中，所述存储器件包括只读存储器、随机存取器和DDR，所述存储器件上存储有计算机程序，用于实现如上所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法。[0041] 本发明的有益效果如下：[0042] （1）在多核同构的SOC中通过GPOS启动器对系统资源进行配置，并通过实时操作系统RTOS来启动通用操作系统GPOS，由于实时操作系统RTOS首先启动，因此能够配合实现车载系统业务要求中快速功能的启动，再启动通用操作系统GPOS完成系统要求的更复杂的软件生态，使得SoC启动完成后组成APM混合系统，保证了快速启动业务和非实时OS中OpenCV软件生态同时在单一SoC上，充分满足车载系统的业务需求。[0043] （2）通过PSCI机制启动实时操作系统RTOS，随后执行资源隔离，将SoC上的DDR、RTOS和GPOS分别用到的外设控制器进行隔离，随后基于对应的设备树配置进行系统启动，实现硬件资源隔离使用，进而能够在一个SoC上组成“RTOS+GPOS混合AMP系统”，有效降低成本。附图说明[0044] 图1是本发明实施例提供的一种基于多核同构的AMP系统实现方法的工作流程图；[0045] 图2是本发明实施例提供的RTOS+GPOS混合AMP系统构型示意图；[0046] 图3是本发明实施例提供的HorizonXJ3芯片框图；[0047] 图4是本发明实施例提供的一种基于多核同构的AMP系统实现设备的GPOS启动器的系统框架图；[0048] 其中：RTOS处理模块1、SoC资源隔离模块2、GPOS映像加载模块3、GPOS启动模块4。具体实施方式[0049] 下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。[0050] 实施例1[0051] 本发明实施例提供的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，如图1、图2、图3所示，在本实施例中，包括步骤S1 S5：~[0052] 现有的多核SoC，以HorizonXJ3为例，芯片采用的ARM®Cortex®‑A53作为主控CPU，L1Cache大小为32KB,L2Cache大小为512KB，支持FPU、NEON加速。典型工作频率为1.2GHz，并支持软件层面进行频率控制。芯片内部4个CPUCore。[0053] Bootloader一般为Uboot，包括BL1、BL2、BL31、BL33等部分。[0054] S1、上电启动SOC，读取并运行引导加载程序bootloader，跳转执行对实时操作系统RTOS运行环境的初始化，加载文件系统启动所述实时操作系统RTOS，包括A1A5：~[0055] A1、SoC上电复位，运行SoC内部ROM程序；[0056] A2、ROM程序执行自检，进而将存储器件中引导加载程序Bootloader的BL1映像（即RTOS的映像）加载到SoC内部RAM中运行；[0057] A3、BL1加载并校验存储器件中引导加载程序Bootloader的BL2映像，BL2程序对DDR对初始化，将BL31加载到DDR中运行；[0058] A4、BL31初始化PSCI、向量表后，将BL33加载到DDR中运行，BL33将OS内核加载到DDR中；[0059] A5、通过PSCI机制启动所述实时操作系统RTOS，Bootloader阶段结束，SoC进入RTOS内核管控阶段。[0060] S2、所述实时操作系统RTOS获取硬件外设的操作API和对应的配置文件，具体为：[0061] 通过GetCpuInfo()函数获取当前SoC的核心数量及id，并存储到cpuinfo.cfg文件中；[0062] 通过GeteMMCInfo()函数获取当前存储器件信息，并存储到eMMCinfo.cfg文件中；[0063] 通过GetDDRInfo()函数获取当前DDR信息，并存储到ddrinfo.cfg文件中。[0064] S3、所述实时操作系统RTOS基于上述配置文件执行资源划分隔离，包括：[0065] S31、将其自身所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，包括：[0066] 获取对应包含当前SoC、当前存储器件、当前DDR配置信息的所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件；[0067] 获取用户预定义的第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg对应于所述实时操作系统RTOS的配置信息；[0068] 基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第一配置文件rtos_soc_hardware.cfg，生成第一源文件rtos_defconfig.dts并作为所述实时操作系统RTOS的设备树配置，划分得到所述实时操作系统RTOS可识别的SoC资源；[0069] 所述实时操作系统RTOS对其所属的SoC资源进行硬件初始化、设备驱动加载、执行外部设备点亮，实现快速启动。[0070] 其中，SoC资源包括DDR、CPU核心及SoC外设（即外部设备），执行外部设备点亮包括但不限于快速启动摄像头、显示屏。[0071] S32、将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树，包括：[0072] 获取用户预定义的第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg对应于所述通用操作系统GPOS的配置信息；[0073] 基于所述cpuinfo.cfg文件、eMMCinfo.cfg文件、ddrinfo.cfg文件和所述第二配置文件gpos_soc_hardware.cfg，生成第二源文件gpos_defconfig.dts并作为所述通用操作系统GPOS的设备树配置，划分得到所述通用操作系统GPOS可识别的SoC资源。[0074] S4、所述实时操作系统RTOS将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址，包括：[0075] 根据所述ddrinfo.cfg文件以及所述第二源文件gpos_defconfig.dts，确定出所述通用操作系统GPOS加载到DDR的指定地址gpos_loader_addr；[0076] 所述实时操作系统RTOS通过eMMC_readto_DDR()函数将存储在SoC外部储存器件的GPOS映像读取到指定地址gpos_loader_addr，完成GPOS映像加载工作。[0077] S5、通过PSCI机制加载文件系统启动所述通用操作系统GPOS，组成AMP系统，具体为：[0078] 所述实时操作系统RTOS利用PSCI机制执行SMC指令的交互，将所述通用操作系统GPOS在资源隔离后对应的SoC核心上运行；进而所述通用操作系统GPOS根据对应的设备树配置进行启动，并初始化所述通用操作系统GPOS的专用硬件资源；所述实时操作系统RTOS、所述通用操作系统GPOS同时运行在SoC上组成AMP系统。[0079] 在本实施例中的AMP系统通用操作系统GPOS提供非实时运行环境，包括OpenCV等丰富的软件生态，用来进行图像识别、处理等业务；实时操作系统RTOS提供快速启动业务，包括快速启动摄像头、显示屏等。[0080] 实施例2[0081] 本发明还提供一种基于多核同构的AMP系统实现设备，用于实现如上实施例1所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法，参加图2、图4，包括设置于实时操作系统RTOS内的GPOS启动器，所述GPOS启动器包括RTOS处理模块1、SoC资源隔离模块2、GPOS映像加载模块3、GPOS启动模块4；[0082] 所述RTOS处理模块1用于实现对于SOC硬件外设的操作执行，进而获取硬件外设的操作API和对应的配置文件，作用于为后续的SoC资源隔离、GPOS固件加载提供基础；[0083] 所述SoC资源隔离模块2用于执行资源划分隔离，包括：将所述实时操作系统RTOS所需的硬件资源传到RTOS内核并执行快速启动，并且将对应通用操作系统GPOS的硬件配置资源导出到GPOS设备树；[0084] 所述GPOS映像加载模块3用于将GPOS映像加载到预先配置的DDR地址；[0085] 所述GPOS启动模块4用于通过PSCI机制加载文件系统启动通用操作系统GPOS。[0086] 其中，所述实时操作系统RTOS、所述通用操作系统GPOS之间设有高速通信，例如RPMSG等。SoC的外设在GPOS启动器的隔离下各自分配给所述实时操作系统RTOS、所述通用操作系统GPOS使用。[0087] 在本实施例中，所述SOC硬件外设至少包括图像获取设备、显示设备和存储器件中的一种或多种。[0088] 在本实施例中，所述存储器件包括只读存储器、随机存取器和DDR，所述存储器件上存储有计算机程序，用于实现如上所述的一种基于多核同构的AMP系统实现方法。[0089] 本发明实施例的有益效果如下：[0090] （1）在多核同构的SOC中通过GPOS启动器对系统资源进行配置，并通过实时操作系统RTOS来启动通用操作系统GPOS，由于实时操作系统RTOS首先启动，因此能够配合实现车载系统业务要求中快速功能的启动，再启动通用操作系统GPOS完成系统要求的更复杂的软件生态，使得SoC启动完成后组成APM混合系统，保证了快速启动业务和非实时OS中OpenCV软件生态同时在单一SoC上，充分满足车载系统的业务需求。[0091] （2）通过PSCI机制启动实时操作系统RTOS，随后执行资源隔离，将SoC上的DDR、RTOS和GPOS分别用到的外设控制器进行隔离，随后基于对应的设备树配置进行系统启动，实现硬件资源隔离使用，进而能够在一个SoC上组成“RTOS+GPOS混合AMP系统”，有效降低成本。[0092] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-08-26

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118689548B