可最大程度地发挥Zynq SoC优势的双重方法

利用赛灵思Zynq SoC上的两个ARM A9内核可以显著提高您的系统性能。

作者：Adam P. Taylor
e2v公司电气系统部总工程师
aptaylor@theiet.org

赛灵思Zynq-7000全可编程 SoC的众多优势之一就是拥有两个ARM Cortex-A9板载处理器。不过，很多裸机应用和更为简单的操作系统只使用Zynq SoC处理系统（PS）中两个ARM内核中的一个，这种设计方案可能会限制系统性能。

根据所开发的应用类型不同，可能需要这两个处理器都运行裸机应用，或者需要在每个处理器上运行不同的操作系统。例如，其中一个处理器执行关键计算任务，从而运行裸机/RTOS应用，同时第二个处理器通过Linux提供HMI和通信功能。

什么是多处理？

这两种方案都属于多处理。简单定义：多处理就是在一个系统中使用一个以上的处理器。多处理架构可允许一次执行多个指令，但并非必须如此。

多核处理包括两种类型：对称和非对称。

对称多处理是通过将负载分配给多个内核，从而能够同时运行多个软件任务。而非对称多处理（AMP）则是使用专用处理器，或者针对特定应用或任务在相同处理器上执行应用。

根据定义，使用Zynq SoC上的两个内核执行裸机应用或不同操作系统都属于非对称多处理。Zynq SoC上的AMP可能涉及如下几种组合：

• 在内核0和内核1上运行不同操作系统；
• 在内核0上运行操作系统，在内核1上运行裸机应用（反之亦然）；
• 在两个内核上均运行裸机应用，执行不同程序。

当您决定在Zynq SoC上创建AMP系统时必须考虑一个实际问题，即ARM处理器内核同时包含必须进行正确寻址的私有资源和共享资源。这两个处理器都有私有的L1指令和数据高速缓存、定时器、监视时钟以及中断控制器（针对共享和私有中断）。另外还存在一些共享资源，常见的有I/O外设、片上存储器、中断控制器分配器、L2高速缓存和位于DDR存储器中的系统内存（见图1）。这些私有和共享资源均需要精心管理。

每个PS核都有自己的中断控制器，能够利用软件中断实现自身与一个或两个内核的中断。这些中断通过ARM的分布式中断控制器技术完成分配。

由于针对每个内核执行的程序都位于DDR存储器内，因此您必须特别注意以确保对这些应用进行正确分割。

建立AMP

建立AMP并使其运行在Zynq SoC上所需的关键因素是引导载入程序，该程序会在第一个应用载入到存储器后寻找第二个可执行文件。赛灵思在XAPP1079中提供了有用的应用指南和源代码。该文档包含修改后的第一阶段引导载入程序（FSBL）和独立OS，可用来创建AMP系统。

首先要做的是下载与应用说明配套提供的ZIP文件，再将FSBL和OS这两个要素解压到期望的工作目录。然后，必须给名为SRC“design”的文件夹重新命名。现在，非常重要的一点是一定要确保软件开发套件（SDK）知道这些新文件（修改后的FSBL和独立OS，两者兼备）的存在。因此，下一步需要更新您的SDK库，以便使其知道这些新文件的存在。

使用软件中断与硬件中断基本相似，区别只在于您如何触发它们。

这很容易实现。在SDK中赛灵思工具菜单下选择“库”，然后选择“新建”，随之导航到目录位置<您的工作目录>\ app1079\design\work\sdk_repo，如图2所示。

处理器间的通信

为AMP设计创建应用之前，您需要考虑应用如何进行通信（如有需要）。最简单的方法是使用片上存储器。Zynq SoC配备256KB的片上SRAM，可从以下四个源地址进行访问：
• 利用侦测控制单元（SCU）从任意内核进行访问；
• 利用SCU通过AXI加速器一致性端口（ACP）从可编程逻辑进行访问；
• 利用片上存储器（OCM）互联通过高性能AXI端口从可编程逻辑进行访问；
• 也是利用OCM从中央互联进行访问。


图1 – Zynq SoC处理系统，显示私有和共享资源


图2 — 将您的新文件添加到库

由于这些不同的访问源都能对片上存储器进行读写，因此尤为重要的一点是，在使用OCM之前一定要首先详细了解其的运行方式。

既然OCM有多个访问源，那么显然应该定义一个仲裁和优先级形式。由于侦测控制单元需要最低时延（SCU既可以是处理器内核也可以是AXI ACP接口），因此SCU从这些访问源的读操作就具有最高优先级，紧接着是SCU写操作，然后是OCM互联读/写操作。用户可通过将片上存储器控制寄存器中的SCU写操作的优先级设置为低来颠倒SCU写操作和OCM互联访问的优先级。

OCM本身结构为128位字，分成四个64KB分区，并位于PS地址空间的不同位置。初始配置下，前三个64KB区块布置在地址空间的起始位置，最后一个64KB区块置于地址空间的末尾（见图5）。