AliOS Things SMP系统及其在esp32上实现示例

简介: AliOS Things实现了基本的SMP调度框架,支持多CPU体系的系统运行和调度机制。任务可以动态在多核间进行切换或者绑定运行;高优先级任务可以最大化利用空闲资源核运行。基于此框架,可以快速实现AliOS Things在各种不同多核CPU架构下的移植。

AliOS Things实现了基本的SMP调度框架,支持多CPU体系的系统运行和调度机制。多CPU之间对用户系统运行无区别,能平等访问共享内存、外设等共享资源;任务可以动态在多核间进行切换或者绑定运行;高优先级任务可以最大化利用空闲资源核运行。
基于此框架,可以快速实现AliOS Things在各种不同多核CPU架构下的移植;对于上层应用,可以不需要关注任务的运行核以及底层实现,也可以指定某任务在特定核运行。此实现框架,最大化地提高SMP功能在不同CPU上的移植效率,并保证上层应用使用SMP系统的简洁性。
1、 AliOS Things SMP基础特性
特性1:多CPU公平的任务切换机制,平等访问共享资源
特性2:高优先级任务合理利用空闲CPU资源
特性3:支持任务绑定核运行
特性4:支持不同CPU下快速移植
特性5:兼容单核接口并提供SMP内核扩展接口

Alios_smp_

2、 AliOS Things SMP特性移植框架
使用AliOS Things的SMP框架,可以快速在不同CPU体系下移植,以快速实现SMP功能。以下列出移植需要实现项,即可完成对应CPU的SMP功能:
2.1 核启动加载
目前的启动顺序是,系统默认开始启动0核,在0核的主任务入口内启动其他核的加载,使其都进入任务调度,并完成多核启动阶段的同步工作:核进入idle任务作为核启动完成的标志。
2.2 核间中断
主要作用:触发其他核进行调度。在任务加入ready任务队列或者任务超时到期后,如果此任务绑定到其他核,或者比其他核正在执行的任务优先级高,则会触发对应核进行任务切换。
2.3 核间锁
由于多核之间的同步互斥问题,需要实现核间锁功能,用于访问共享资源,如任务队列、内存等资源时,核内的资源互斥采用开关中断来实现。目前任务相关的资源调度和内存管理分别采用两把核间锁,该锁的实现必须支持核内的可重入性,而能达到核间互斥的目的。
以上功能需要在不同CPU/MCU架构下进行移植实现,即可完成SMP需要的底层接口支持。OS已经提供了标准的实现接口,参考下面esp32的SMP移植示例。

3、 Esp32上支持SMP移植示例
目前AliOS Things在esp32上完成了SMP的实现,后续将继续支持其他多核CPU比如cortex-A9等系列的多核CPU。参考下面的移植描述点进行移植:
3.1 SMP编译宏
对于某多核CPU,OS通过单版本不同编译宏来同时支持单核和多核的框架。在Makefile中指定-DRHINO_CONFIG_CPU_NUM=X(核数目),或者修改k_config.h内RHINO_CONFIG_CPU_NUM宏来指定核数目。推荐第一种方式。
3.2 多核加载接口
按照2.1章节描述,系统的启动顺序为默认先启动0核,在0核主任务内启动其他从核并实现同步。
需要实现加载其他核接口:void os_load_slavecpu(void);
内部实现需要完成剩余核的复位启动、必要硬件的初始化,并在从属核初始化完后,同样进入cpu_first_task_start开始进入调度;此阶段,0核需要执行os_wait_allcore接口来等待所有核的启动完成,以所有核都能进入idle任务为启动完成标志。os_wait_allcore为通用实现接口,cpu_first_task_start同单核实现。
3.3 核间中断接口
此部分需要完成三个接口的适配:
3.3.1初始化:void os_crosscore_int_init();
完成核间中断的硬件初始化,此接口需要在多核初始化时调用。
3.3.2触发接口:void cpu_signal(uint8_t cpu_num)
触发目标核对应的中断,需要完成内部实现。
3.3.3 核间中断处理:void os_crosscore_isr(void *arg)
接口内部需要调用krhino_intrpt_exit接口,其通过cpu_intrpt_switch来实现当前核的任务调度;如果需要清中断源,则清中断源。
3.4核间锁接口
此部分需要完成三个必要接口的适配,:
3.4.1 初始化:void cpu_spin_lock_init(kspinlock_t *lock);
对锁结构体赋初值;用户可以按照自身需求实现,也可参考esp32实现代码。
3.4.2 加解锁:基本原则是支持核内嵌套,核间互斥
void cpu_spin_lock(kspinlock_t *lock);
int32_t cpu_spin_unlock(kspinlock_t *lock);
锁实现可以参考在esp32上对应实现。

smp_

3.5 SMP目录结构
参考esp32,在platform/mcu/esp32下新建smp目录。smp_port.h列出上述描述的需要移植的接口,smp_load.c为核加载实现,smp_int.c为核间中断实现,smp_sync.c为核间同步接口实现。

smp_

将上述接口对接后,对应文件加入编译体系内,即可完成SMP移植适配。
3.6 其他注意事项
在实现任务和中断切换汇编portXX.S时,需要考虑到兼容单核和多核,主要是对于g_current_task等多核数组的访问,可以参考esp32中portasm.S实现。

4、SMP相关内核接口
多核SMP机制下,kernel兼容所有单核的对外接口,并提供必要的SMP扩展接口供用户使用。

smp_

上述接口将任务和核绑定,使其固定在某核运行。如果使用非绑定接口,则任务运行的核是随机的。

5、esp32上SMP运行示例
下图为Alios Things在esp32上实现SMP的任务状态图:

esp32_smp_
Cpu_binded列表示任务是否绑定核,cpu_num表示任务当前运行核,cur_exc表示当前任务运行状态。
Smp特性移植完成后,同样需要通过内核用例的测试认证。kernel测试认证请参考:https://github.com/alibaba/AliOS-Things/wiki/Manual-API

注:后续有调整,本文档会同步更新。

目录
相关文章
|
物联网 开发工具 C++
AliOS Things 的 ESP32 应用开发流程
本文介绍 Windows 下基于 AliOS Things 的 ESP32 应用开发流程,包括环境搭建、程序编译、固件烧写。
10096 5
|
物联网 Linux C语言
3_1_2 AliOS Things 编译工具及编译配置系统|学习笔记
快速学习3_1_2 AliOS Things 编译工具及编译配置系统。
386 0
3_1_2 AliOS Things 编译工具及编译配置系统|学习笔记
|
监控 物联网 测试技术
|
监控 IDE 物联网
结合AliOS Things谈嵌入式系统通用问题定位方法(2):内核相关基础
内核提供的任务创建接口,会存在参数指定当前任务创建完立即运行还是需要显示调用start运行,需要注意。如果在创建任务时指定了立即执行,而在创建任务后去设置任务参数,可能是不生效的。(尤其posix的pthread接口经常遇到这种问题)
383 15
结合AliOS Things谈嵌入式系统通用问题定位方法(2):内核相关基础
|
NoSQL 安全 IDE
结合AliOS Things谈嵌入式系统通用问题定位方法(1):CPU相关基础
本文着重从问题定位的角度来介绍如何定位嵌入式软件系统中的问题,并结合AliOS Things提供的部分维测手段来介绍。
结合AliOS Things谈嵌入式系统通用问题定位方法(1):CPU相关基础
|
物联网 测试技术 持续交付
AliOS Things 持续集成(CI)系统介绍
AliOS Things在快速的迭代进化之中,如何保证提交的代码质量,并保证在各个硬件平台上的稳定性,是一个非常大的挑战。同时物联网硬件碎片化,资源紧张,对持续集成(CI)系统也提出了特殊的要求。本文介绍AliOS Things的CI系统的实现方式及思考。
5611 0
|
安全 物联网 Java
AliOS Things 组件系统(uCube)
AliOS Things 是阿里巴巴提供的物联网操作系统,可以在不同的设备上运行不同的功能,甚至相同的设备运行不同的功能,AliOS Things 基于组件管理: 1、 组件功能单一,复用组件提供的功能,比如通道、升级等功能。
4392 0
|
传感器 消息中间件 物联网
HCIA物联网初级考试-第五章物联网操作系统及感知层开发介绍
HCIA物联网初级考试-第五章物联网操作系统及感知层开发介绍
HCIA物联网初级考试-第五章物联网操作系统及感知层开发介绍
|
算法 AliOS-Things 物联网
HaaS100开发调试系列 之 定位AliOS Things内存及Crash问题
本文主要说开发调试过程中经常遇到的内存问题。
347 15
HaaS100开发调试系列 之 定位AliOS Things内存及Crash问题
|
AliOS-Things 物联网 编译器
使用HaaS Studio开发AliOS Things C/C++应用
本文章将介绍使用HaaS Studio 进行AliOS-Things C/C++应用开发。
使用HaaS Studio开发AliOS Things C/C++应用

热门文章

最新文章