“国产双系统”出炉！复旦微FMQL20SM非对称AMP:Linux + 裸机

陈工-创龙科技

“非对称AMP”双系统是什么
AMP(Asymmetric Multi-Processing)，即非对称多处理架构。“非对称AMP”双系统是指多个核心相对独立运行不同的操作系统或裸机应用程序，如Linux + RTOS/裸机，但需一个主核心来控制整个系统以及其它从核心。每个处理器核心相互隔离，拥有属于自己的内存，既可各自独立运行不同的任务，又可多个核心之间进行核间通信。

图 1 FMQL20SM AMP异构多核框架示意图

“非对称 AMP” 对工业的重大意义
更强“系统实时性”
在工业自动化控制的复杂场景中，对于系统实时性的要求极高。非对称AMP架构凭借其独特优势，能够运用固定的核心来处理实时任务，很好兼顾复杂功能与实时性需求。AMP架构全面提升了系统实时性、执行效率、计算能力以及响应速度，让工业生产更加精准、高效。
更高“系统稳定性”
非对称AMP架构在稳定性方面表现卓越。无需多个分立CPU之间频繁交互数据，每个处理器核心拥有属于自己的内存，核心之间互不干扰。开发者可灵活分配任务或指定核心间通信，大大增强了系统稳定性，有效减少崩溃风险，全方位保障数据的完整性。
更低“系统硬件成本”
成本控制一直是工业领域关注的重点。非对称AMP架构通过优化内部通信，仅需一套硬件电路即可实现复杂功能，显著降低系统硬件成本。其各核心能运行不同操作系统，并行处理多个任务，无需额外硬件支持，真正做到了高效且经济。相比之下，采用分立CPU方案则需要两套硬件电路(CPU/ROM/RAM/PMIC)，系统硬件成本成倍增加。

图 2

“非对称AMP”双系统的应用领域
随着嵌入式系统的发展，对其性能和功能的要求日益提高，非对称AMP架构如今已成为一种新选择，主要应用于工业领域，如电力DTU、数据采集器、继电保护设备、运动控制器、驱控一体控制器等。

图 3

FMQL20S400M 非对称AMP开发案例
接下来，为大家详细介绍基于FMQL20S400M异构多核SoC处理器PS端的AMP通信案例，适用开发环境如下。
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
Linux开发环境：Ubuntu 16.04.5 64bit
虚拟机：VMware16.2.5
PL端开发环境：Procise 2023.1
LinuxSDK：FMQL-Linux-SDK-Prj-20230801
U-Boot：U-Boot-2018.07
Kernel：Linux-4.14.55
硬件平台：创龙科技TLFM20S-EVM工业评估板
为了简化描述，本文仅摘录部分方案功能描述与测试结果。

基于Linux启动AMP裸机程序
案例功能
本案例主要实现如下的功能：
（1）配置CPU0、CPU1、CPU2运行Linux系统，配置CPU3运行裸机程序。
（2）运行Linux系统的CPU核功能为：初始化系统；控制运行裸机程序的CPU核启动；与运行裸机程序的CPU核通信，控制LED亮灭。
（3）运行裸机程序的CPU核功能为：与Linux系统通信；接收Linux系统的控制命令，并根据命令控制LED亮灭。
案例演示
首先，请将案例的可执行程序拷贝至评估板文件系统任意目录下，参考产品资料进行环境配置，完成后，执行以下命令，加载裸机程序至PS端DDR地址0x19000000。
备注：我司提供的Linux系统已在PS端DDR内存中分配AMP裸机程序的内存空间，地址范围为0x1900 0000 ~ 0x19FF FFFF，容量为16MByte。
Target# ./filetomem ./amp_led_ctrl.bin 0x19000000

图 4

执行如下命令，设置CPU3核运行裸机程序。
Target# ./amp 3 0x19000000

图 5

执行如下命令，运行Linux端AMP应用程序，点亮或熄灭评估底板PS端LED1。
Target# ./led 1 on
Target# ./led 1 off

图 6

基于U-Boot启动AMP裸机程序
案例功能
本案例主要实现如下的功能：
（1）CPU0启动U-Boot，基于U-Boot配置CPU1/CPU2/CPU3其中一个核心运行裸机程序。
（2）CPU0功能为：初始化系统，控制运行裸机程序的CPU核启动。
（3）运行裸机程序的CPU核功能为：控制LED亮灭。
案例演示
首先，请将Linux系统启动卡通过读卡器插至PC机USB端口，并将案例的amp_led_flash.bin文件拷贝至Linux系统启动卡BOOT分区（FAT32格式）。

图 7

然后，在插入Linux系统启动卡后，启动评估板，进入U-Boot命令行，执行如下命令。加载Linux系统启动卡中的裸机程序至DDR地址0x19000000，并设置CPU3运行裸机程序。
U-Boot> dcache off
U-Boot> fatload mmc 0 0x19000000 /amp_led_flash.bin
U-Boot> bootamp 3 0x19000000

图 8

程序运行后，您就能看到评估底板PS端LED1每隔0.5s闪烁，是不是很神奇？
如果各位工程师想要了解更多 FMQL20SM 相关的案例演示，可以通过公众号（Tronlong创龙科技）查看，快来探索吧！