Ein heterogener Multi-Core-Prozessor bezieht sich auf ein System-on-Chip (SoC), das CPUs unterschiedlicher Typen oder Architekturen integriert.
Beispielsweise enthalten einige Prozessoren sowohl leistungsstarke A-Kerne (wie Cortex-A) als auch M-Kerne mit geringem Stromverbrauch (wie Cortex-M).
Durch ein solches Design können unterschiedliche CPUs für unterschiedliche Aufgaben verantwortlich sein, was die Effizienz und Flexibilität des Systems verbessert.
Beispielsweise kann der A-Kern für komplexe Anwendungen wie Mensch-Computer-Interaktion und Netzwerkkommunikation verwendet werden, während der M-Kern für Anwendungen mit hohen Echtzeitanforderungen wie Echtzeitsteuerung und Datenerfassung verwendet werden kann.
Heterogene Mehrkernprozessoren bringen jedoch auch eine Herausforderung mit sich, nämlich die Frage, wie eine effektive und zuverlässige Kommunikation zwischen verschiedenen CPUs gewährleistet werden kann. Im Allgemeinen kann der Kommunikationsprozess zwischen Kern A und Kern M eines heterogenen Mehrkernprozessors in die folgenden Ebenen unterteilt werden:
- Hardwareschicht: Diese Schicht umfasst hauptsächlich die Zuweisung und Nutzung von Hardwareressourcen wie physischem Speicher, Registern und Interrupts. Verschiedene CPUs können Daten übertragen, indem sie sich einen Teil des physischen Speicherplatzes teilen, und können auch Nachrichten und Signale über Register und Interrupts übertragen. Die Kommunikationsmethode auf dieser Ebene muss Aspekte wie Datenintegrität, Konsistenz, Sicherheit und Isolation berücksichtigen.
- Treiberschicht: Diese Schicht umfasst hauptsächlich die Implementierung und Verwendung der Virtualisierungstechnologie und des Nachrichtenframeworks. Virtualisierungstechnologie (wie Virtio) kann eine Abstraktionsschicht auf dem Gerät bereitstellen, die für den Benachrichtigungsmechanismus und den Steuerungsprozess zwischen Front- und Back-End verantwortlich ist. Das Nachrichtenframework (z. B. RPMsg) kann die Funktion der Nachrichtenkommunikation zwischen dem Hauptverarbeitungskern und dem Co-Verarbeitungskern auf Basis der Virtualisierungstechnologie implementieren und verschiedene Kommunikationsprotokolle und -formate unterstützen.
- Anwendungsschicht: Diese Schicht umfasst hauptsächlich die Entwicklung und den Aufruf spezifischer Anwendungen und Schnittstellen. Das Anwendungsprogramm kann die geeignete Kommunikationsmethode und das Datenformat entsprechend seinen eigenen Anforderungen und Szenarien auswählen und die Kommunikation mit einer anderen CPU über Gerätedateien oder Funktionsbibliotheken realisieren.
In praktischen Anwendungen ist ein häufiger Datenaustausch zwischen dem eingebetteten Prozessor und dem Mikrocontroller erforderlich. Wenn eine serielle Schnittstelle mit niedriger Geschwindigkeit verwendet wird, ist die Datenübertragungseffizienz gering, was die Leistung des Produkts erheblich beeinträchtigt Wenn eine parallele Hochgeschwindigkeitsschnittstelle verwendet wird, erhöhen sich die Hardwarekosten, wenn mehr Pins belegt sind.
Die Kommunikationsmethode zwischen heterogenen CPU-Kernen bezieht sich auf den Austausch und die Koordinierung von Daten und Signalen zwischen CPUs unterschiedlicher Typen oder Architekturen. Abhängig vom Design, der Funktion und den Anwendungsszenarien der CPU gibt es viele Kommunikationsmethoden zwischen heterogenen CPU-Kernen. Im Allgemeinen können die Kommunikationsmethoden zwischen heterogenen CPU-Kernen in die folgenden Kategorien unterteilt werden:
Kommunikationsmethode basierend auf gemeinsam genutztem Speicher : Diese Methode bedeutet, dass verschiedene CPUs auf denselben physischen Speicherplatz zugreifen und durch Lesen und Schreiben von Daten im Speicher kommunizieren können.
Die Vorteile dieser Methode sind hohe Geschwindigkeit und geringer Overhead
Der Nachteil ist die Notwendigkeit, Speicherzugriffskonflikte und Konsistenzprobleme anzugehen sowie die Sicherheit und Isolierung des Speichers zu gewährleisten. Beispielsweise verwendet die big.LITTLE-Architektur von ARM eine Kommunikationsmethode, die auf gemeinsam genutztem Speicher basiert, sodass der leistungsstarke große Kern und der stromsparende kleine Kern denselben DDR-Speicher gemeinsam nutzen können und die Richtigkeit der Daten durch gewährleistet wird Cache-Kohärenzprotokoll. .
Kommunikationsmethode basierend auf der Nachrichtenübermittlung : Diese Methode bezieht sich darauf, dass verschiedene CPUs durch Senden und Empfangen von Nachrichten kommunizieren. Nachrichten können Informationen wie Daten, Befehle und Status enthalten.
Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er komplexere und flexiblere Kommunikationsprotokolle unterstützen kann.
Die Nachteile sind der Bedarf an zusätzlicher Hardware- oder Softwareunterstützung sowie eine erhöhte Kommunikationslatenz und ein erhöhter Overhead.
Beispielsweise ist das RPMSG-Framework im Linux-System eine auf Nachrichtenübermittlung basierende Kommunikationsmethode, die es dem lokalen Prozessor ermöglicht, mit den auf dem System verfügbaren Remote-Prozessoren zu kommunizieren, und die Kommunikation basierend auf dem Virtio-Framework auf verschiedenen Kanälen realisiert.
Kommunikationsmethode basierend auf Interrupt oder Semaphor : Diese Methode bedeutet, dass verschiedene CPUs durch Auslösen oder Reagieren auf Interrupts oder Semaphoren kommunizieren. Interrupts oder Semaphoren können Informationen wie Ereignisse, Anforderungen und Antworten darstellen. Hier entlang
Der Vorteil besteht darin, dass eine einfache und effektive Kommunikation in Echtzeit realisiert werden kann.
Der Nachteil besteht darin, dass die Zuweisung und Verarbeitung von Interrupts oder Semaphoren koordiniert werden muss und verhindert werden muss, dass übermäßige oder übermäßig häufige Interrupts oder Semaphoren die Systemleistung beeinträchtigen.
Beispielsweise ist das IPCC-Peripheriegerät im Chip der STM32MP1-Serie eine auf Interrupt oder Semaphor basierende Kommunikationsmethode, die sechs bidirektionale Kanalsignale zur Benachrichtigung über den Datenaustausch zwischen Prozessoren bereitstellt.
Wenn Sie mehr über die spezifische Situation und Anwendungsfälle von Kommunikationsmethoden zwischen heterogenen CPU-Kernen erfahren möchten, können Sie auf die folgenden Links klicken, um verwandte Artikel anzuzeigen:
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