简单介绍基于STM32MP157的Remoteproc和RPMsg框架。
STM32MP1系列产品，是STM32进军Linux的首款微处理器，采用MCU+MPU的组合，集成两颗主频为650MHz的Cortex-A7应用处理器内核和一颗主频为209MHz的Cortex-M4微控制器内核。
非对称多处理Asymmetric Multiprocessing(AMP)虽然目前在嵌入式还不是主流，但未来肯定是趋势。将多媒体处理扔给专用的MCU，亦或将对控制延时敏感的传感器交给MCU实时控制，更多的组合给人更多的遐想。
对于非对称多核架构，不同的核心是如何启动运行，又是如何进行通信？这些疑惑在上手STM32MP157后，逐渐明朗，因此记录下笔记。
1.生成M4固件
在进行启动M4之前，需要先建立工程，生成M4固件，这里以点灯为例，简单说下创建STM32MP157的M4工程。
这里要M4点灯，涉及到资源的分配，资源分配如下图所示。
深蓝色的IP为A7独占，浅蓝色的IP为M4独占，竖线分割的IP为同一时刻只能一个占有，斜线分割的IP为任意时刻两者可以同时占用。
比如这里GPIO就为两者可以同时占用，在Linux中可以控制GPIO，同时M4也可控制GPIO。UART则为只能一个独占，分配给M4后，A7将不能控制。
支持STM32开发的集成开发环境有很多，国内熟知的有
Keil MDK-ARM和IAR EWAR。这两个IDE都很好用，但它们都是商业软件，免费或评估版要么有器件型号限制，要么有程序容量限制。于是出现了免费的Eclipse+GNU GCC来搭建STM32开发环境，但搭建过程繁琐、版本差异大导致教程不统一，对新手很不友好。STM32CubeIDE是ST公司基于Eclipse/CDT框架和GUN GCC工具链制作的免费IDE，并集成了STM32CubeMX。一个软件就可以实现STM32系列芯片的外围设备配置、代码生成、代码编辑、代码编译、在线调试，并且支持数百个Eclipse现有插件。
打开STM32CubeIDE，创建一个新的“STM32 Project”。
在弹出的STM32CubeMX，选择“STM32MP157A”，具体型号以自己使用的开发板为准。注意这里的“芯片资料区”，提供了该型号的芯片手册，不用再去网上找了。
再设置工程名字，打开STM32CubeMX的关联视图。
我使用的板子，LED灯接在PD13引脚上，因此这里把PD13设置为输出引脚。
需要注意，这里还要选中该引脚，右键弹出“Pin Reservation”，选择“Cortex-M4”，不然不会自动生成GPIO初始化代码。
最后，如图设置下GPIO的属性。
设置完后，在标签栏选择“Project”->“Generate Code”，即可自动生成相关初始化代码。默认的初始化代码如下图，需要注意的是“main.c”文件，在里面添加LED灯的控制逻辑。还有“stm32mp1xx_hal_gpio.c”，这个是hal库源码，从里面可知hal提供的GPIO相关操作函数，比如这里用到的HAL_GPIO_WritePin()。
添加完LED的控制逻辑代码后，在标签栏选择“Project”->“Build Project”即可编译工程，得到GPIO_LED_CM4.elf。该文件就是M4的固件，包含Cortex-A7和Cortex-M4都可以访问的资源表(.resource_table)和LED的控制程序等。
在Linux里，使用readelf -a GPIO_LED_CM4.elf命令，可以获取ELF文件的更多信息。
2.Remoteproc框架
Remoteproc(Remote Processor Framework)，主要作用就是对远程处理器的生命周期进行管理，即启动、停止远程处理器。
以STM32MP157为例，Cortex-A内核先启动，然后使用Linux RemoteProc框架进行加载Cortex-M4固件，启动M4内核。
ST官方提供的内核已经默认配置了Remoteproc驱动，进入系统后，首先将要运行的M4固件放在/lib/firmware/目录下，然后将固件名字写到/sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware，再操作/sys/class/remoteproc/remoteproc0/state启动、停止M4处理器。
除了在Linux的用户态控制M4内核的生命周期，还能在Linux内核态使用API控制(参考linux-origin_master/Documentation/remoteproc.txt)，甚至U-boot中控制。
3.RPMsg框架
Remoteproc框架实现了对远程处理器生命周期的管理，RPMsg框架(Remote Processor Messaging Framework)则是实现对远程处理器信息传递。
RPMsg是基于VirtIO的消息总线，它允许内核驱动程序与系统上可用的远程处理器进行通信，同时，驱动程序可以根据需要公开适当的用户空间接口(参考linux-origin_master/Documentation/rpmsg.txt)。
STM32MP1多核通信框架如下图。
消息服务基于共享内存，使用RPMsg和Virtio框架，RemoteProc框架则控制远程处理器生命周期。
信号通知(Mailbox)服务则基于内部IPCC(Inter-Processor communication controller)，ST提供OpenAMP相关库。
这里列举两个示例：
第一个示例在Linux的用户态和M4通信，实现A7控制M4的灯，A7和M4的相互唤醒；
第二个示例则是在Linux的内核态创建一个简单的RPMsg客户端，实现A7和M4的大量数据传输。
3.1 用户态的通信
3.1.1 A7准备
ST官方提供的内核已经默认配置了RPMSG_TTY驱动，Linux这边就不需要做什么了。
STM32MP1多核消息通信应用接口框图如下，在RPMsg和Virtio框架创建一个面向用户态的/dev/ttyRPMSG接口，M4在OpenAMP上创建虚拟串口，两者最终效果像是串口透传。
3.1.2 M4准备
创建一个STM32工程，在STM32CubeMX里，依次配置GPIO用于LED、配置UART5用于M4打印、以及配置IPCC和OPENAMP用于通信。
注意配置IPCC时，需要在NVIC Settings选项卡里，将IPCC RX1 occupied interrupt和IPCC TX1 free interrupt
的使能勾选上，不然后面的OPENAMP的Activated始终为灰色，无法激活。
生成初始化代码后，在USER CODE BEGIN 0和USER CODE END 0之间添加printf的重定向函数，让UART5与printf绑定。
这里计划创建两个RPMsg tty通道，一个用来LED控制命令，一个用来传输唤醒命令。
- 1.初始化两个
RPMsg tty虚拟串口
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- 2.注册回调函数以按通道接收消息123456789if(VIRT_UART_RegisterCallback(&huart0, VIRT_UART_RXCPLT_CB_ID, VIRT_UART0_RxCpltCallback) != VIRT_UART_OK){Error_Handler();}if(VIRT_UART_RegisterCallback(&huart1, VIRT_UART_RXCPLT_CB_ID, VIRT_UART1_RxCpltCallback) != VIRT_UART_OK){Error_Handler();}
- 3.编写虚拟串口回调函数
当RPMsg收到数据后，将调用该回调函数。在此函数里，需要将接收的数据复制到用户内存，并修改接收标志位，通知用户完成数据接收。123456789101112131415161718192021/* USER CODE BEGIN 4 */void VIRT_UART0_RxCpltCallback(VIRT_UART_HandleTypeDef *huart){printf("Msg received on VIRTUAL UART0 channel: %s \n\r", (char *) huart->pRxBuffPtr);/* copy received msg in a variable to sent it back to master processor in main infinite loop*/VirtUart0ChannelRxSize = huart->RxXferSize < MAX_BUFFER_SIZE? huart->RxXferSize : MAX_BUFFER_SIZE-1;memcpy(VirtUart0ChannelBuffRx, huart->pRxBuffPtr, VirtUart0ChannelRxSize);VirtUart0RxMsg = SET;}void VIRT_UART1_RxCpltCallback(VIRT_UART_HandleTypeDef *huart){printf("Msg received on VIRTUAL UART1 channel: %s \n\r", (char *) huart->pRxBuffPtr);/* copy received msg in a variable to sent it back to master processor in main infinite loop*/VirtUart1ChannelRxSize = huart->RxXferSize < MAX_BUFFER_SIZE? huart->RxXferSize : MAX_BUFFER_SIZE-1;memcpy(VirtUart1ChannelBuffRx, huart->pRxBuffPtr, VirtUart1ChannelRxSize);VirtUart1RxMsg = SET;}/* USER CODE END 4 */
4.主函数轮询RPMsg消息
OPENAMP_check_for_message()查询MailBox状态。
当收到数据时，VIRT_UARTx_RxCpltCallback()会保存好收到数据，然后修改VirtUartxRxMsg标志位。
主函数里发现VirtUartxRxMsg标志位发生变化时，即可获取接收的数据。1234567891011121314151617181920while (1){OPENAMP_check_for_message();/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */if (VirtUart0RxMsg){VirtUart0RxMsg = RESET;/*VirUART0收到数据*/}if (VirtUart1RxMsg){VirtUart1RxMsg = RESET;/*VirUART1收到数据*/}}5.VirUART0接收控制LED指令
每次VirtUart0RxMsg发生变化，说明VirUART0收到了数据。
然后比较收到的数据内容，执行对应的操作。
这里，M4收到MSG_LED_ON(*led_on)则打开LED灯，并发送消息给A7；M4收到MSG_LED_OFF(*led_off)则关闭LED灯，并发送消息给A7。12345678910111213141516171819202122if (VirtUart0RxMsg){VirtUart0RxMsg = RESET;if (!strncmp((char *)VirtUart0ChannelBuffRx, MSG_LED_ON, strlen(MSG_LED_ON))){strcpy((char *)BuffTx, "m4:led on\n");printf("%s\r", BuffTx);VIRT_UART_Transmit(&huart0, BuffTx, strlen((const char *)BuffTx));HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin, GPIO_PIN_RESET);}if (!strncmp((char *)VirtUart0ChannelBuffRx, MSG_LED_OFF, strlen(MSG_LED_OFF))){strcpy((char *)BuffTx, "m4:led off\n");printf("%s\r", BuffTx);VIRT_UART_Transmit(&huart0, BuffTx, strlen((const char *)BuffTx));HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin, GPIO_PIN_SET);}memset(VirtUart0ChannelBuffRx, 0 ,VirtUart0ChannelRxSize);memset(BuffTx, 0 ,strlen((const char *)BuffTx));}6.VirUART1接收休眠唤醒指令
每次VirtUart1RxMsg发生变化，说明VirUART1收到了数据。
然后比较收到的数据内容，执行对应的操作。
这里，M4收到MSG_STOP(*stop)则进入CStop模式，中途A7再发任意数据给M4，由于IPCC也可设置为中断唤醒源，将M4唤醒；M4收到MSG_DELAY(*delay)则等待20S后发数据给A7，在这20S内，将A7先休眠，随后将被M4唤醒。1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465if (VirtUart1RxMsg){VirtUart1RxMsg = RESET;if (!strncmp((char *)VirtUart1ChannelBuffRx, MSG_STOP, strlen(MSG_STOP))){strcpy((char *)BuffTx, "m4:stop\n");printf("%s\r", BuffTx);VIRT_UART_Transmit(&huart1, BuffTx, strlen((const char *)BuffTx));//RCC_backupClocks();/* Clear the MCU flags before going into CSTOP */SET_BIT(PWR->MCUCR, PWR_MCUCR_CSSF);printf("Going to CStop mode\r\n");/* (C)STOP protection mechanism* Only the IT with the highest priority (0 value) can interrupt.* RCC_WAKEUP_IRQn IT is intended to have the highest priority and to be the* only one IT having this value* RCC_WAKEUP_IRQn is generated only when RCC is completely resumed from* CSTOP */__set_BASEPRI(1 << (8 - __NVIC_PRIO_BITS));HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);/* To allow Systick to increment after CSTOP (Eg.: to not block during* TIMEOUT routines), TICK_INT_PRIORITY < BASEPRI* For this example as TICK_INT_PRIORITY = 1, BASEPRI should be 2 */__set_BASEPRI(2 << (8 - __NVIC_PRIO_BITS));printf("Leaving CStop mode\r\n");/* Test if system was on STOP mode */if( (PWR->MCUCR & PWR_MCUCR_STOPF) == PWR_MCUCR_STOPF){printf("System was on STOP mode\r\n");/* Clear the MCU flags */SET_BIT(PWR->MCUCR, PWR_MCUCR_CSSF);/* Restore clocks *//*if (RCC_restoreClocks() == HAL_OK){printf("CM4 restored clocks successfully\r\n");}*/}/* All level of ITs can interrupt */__set_BASEPRI(0U);}if (!strncmp((char *)VirtUart1ChannelBuffRx, MSG_DELAY, strlen(MSG_DELAY))){printf("Waiting 20 secs before sending the answer message\r\n");HAL_Delay(20 *1000);strcpy((char *)BuffTx, "m4:wakeup A7\n");printf("%s\r", BuffTx);VIRT_UART_Transmit(&huart1, BuffTx, strlen((const char *)BuffTx));}memset(VirtUart1ChannelBuffRx, 0 ,VirtUart1ChannelRxSize);memset(BuffTx, 0 ,strlen((const char *)BuffTx));}
为了A7能发消息将M4唤醒，还需要IPCC作为M4的中断唤醒源。
3.1.3 M4完整代码
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3.1.4 测试效果
- 1.测试A7命令M4控制LED灯
首先将前面编译生成的rpmsg_user_CM4.elf放在/lib/firmware目录下。
然后启动固件，此时看到打印信息里提示创建了两个通道ttyRPMSG0和ttyRPMSG1，同时M4也打印了测试开始信息。123cd /sys/class/remoteproc/remoteproc0echo rpmsg_user_CM4.elf > firmwareecho start > state
然后还需要设置虚拟串口/dev/ttyRPMSG0。-onlcr是不将NL字符映射为CR-NL字符，就是说发送给M4的数据，不会自动加上回车，不然这里发送led_on，M4收到的为led_on\n\r，正确的应该是收到*led_on\r。-echo是禁止回显，以方便查看接收的字符。
最后，向/dev/ttyRPMSG0写入预定义的指令，M4收到指令便会控制LED灯，并发送结果给A7。
- 2.测试A7和M4休眠唤醒
接着前面，启动M4后。
首先设置虚拟串口/dev/ttyRPMSG1。12stty -onlcr -echo -F /dev/ttyRPMSG1cat /dev/ttyRPMSG1 &
然后向/dev/ttyRPMSG1写入*stop，M4随后卡在打印Going to CStop mode后，接着向/dev/ttyRPMSG1写入wakeup(任意字符即可)，M4随后打印Leaving CStop mode。即实现了A7控制M4的休眠和唤醒。
再测试M4唤醒A7。
先使能A7唤醒，然后向/dev/ttyRPMSG1写入*delay，M4收到指令后，20S后会向A7发数据，从而唤醒A7。
此时控制A7进入休眠状态，20S后，A7被唤醒。
3.2 内核态的通信
3.2.1 A7准备
内核已经提供了示例驱动程序linux-origin_master/samples/rpmsg/rpmsg_client_sample.c，这里直接使用该驱动，简单的修改了下打印内容，方便查看。
驱动比较简单，核心是rpmsg_sample_cb()，rpmsg收到数据后将回调该函数。
从data获得M4发来的数据，通过rpmsg_send()将数据发给M4。
将该驱动编译成模块，并在A7中加载。
3.2.2 M4准备
参考前面的示例，依次在STM32CubeMX配置UART5、IPCC和OPENAMP，然后生成初始化代码。
- 1.建一个rpmsg通道1OPENAMP_create_endpoint(&resmgr_ept, RPMSG_SERVICE_NAME, RPMSG_ADDR_ANY, rx_callback, NULL);
注意这里的RPMSG_SERVICE_NAME和驱动里rpmsg_device_id结构体的.name的名字一样。
之后，一旦rpmsg通道数据，将回调rx_callback()函数。
2.编写接收回调函数
此函数里，需要将接收的数据复制到用户内存，并修改接收标志位。1234567static int rx_callback(struct rpmsg_endpoint *rp_chnl, void *data, size_t len, uint32_t src, void *priv){/* copy received msg, and raise a flag */memcpy(received_rpmsg, data, len > sizeof(received_rpmsg) ? sizeof(received_rpmsg) : len);printf("received_rpmsg=%s\r\n", received_rpmsg);rx_status = SET;return 0;3.主函数轮询RPMsg消息
OPENAMP_check_for_message()查询MailBox状态。
当收到数据时，rx_callback()会保存好收到数据，然后修改rx_status标志位。
主函数里发现rx_status标志位发生变化时，即可获取接收的数据。12345678910111213while (1){OPENAMP_check_for_message();/* USER CODE END WHILE */if (rx_status == SET){/* Message received: send back a message anwser */rx_status = RESET;/*rpmsg收到数据*/}/* USER CODE BEGIN 3 */}4.向M4发送数据
使用OPENAMP_send()向A7发送数据。123456789101112if (++count < 100)sprintf((char *)msg, "hello world! M4->A7 %02ld", count);elsestrcpy((char *)msg, "goodbye!");if (OPENAMP_send(&resmgr_ept, msg, strlen((char *)msg) + 1) < 0){printf("Failed to send message\r\n");Error_Handler();}elseprintf("send_rpmsg=%s\r\n", msg);
3.2.3 M4完整代码
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3.2.4 测试效果
首先加载驱动rpmsg_client_sample.ko，并修改打印等级。
然后加载M4固件，可以看到A7和M4都同时发送和接收到相互之间的数据。
