ZU A53核0跑linux操作系统，核1跑裸核程序，怎么在LINUX系统启动后触发裸核程序启动。具体实现方式

<think>我们面对的是一个嵌入式多核启动问题，需要在Zynq UltraScale+ MPSoC（ZU系列）上实现非对称多处理（AMP）配置。具体需求是： 1. 核0 (CPU0) 运行Linux操作系统 2. 核1 (CPU1) 运行裸核程序（bare-metal） 3. Linux启动后触发裸核程序的执行 实现步骤概述： 1. 硬件设计：配置硬件分区，确保两个核有独立的内存区域（避免冲突）。 2. 裸核程序：为CPU1编写裸核程序，并设置其入口地址（通常位于某个共享内存或特定地址）。 3. 启动流程：通过FSBL（First Stage Bootloader）启动核0（Linux）并保持核1处于待机状态。 4. Linux驱动：在Linux中编写一个内核模块或使用用户空间程序，通过写入特定寄存器（如核间中断寄存器）唤醒核1并跳转到裸核程序入口。 详细步骤： ### 步骤1：硬件设计（Vivado） - 在Vivado中为CPU1分配独立的内存区域（例如：OCM的高64KB或DDR中的保留区域）。假设我们保留DDR中的一段内存（例如：0x10000000-0x1001FFFF）给裸核程序使用。 - 确保在设备树中排除该内存区域，以免Linux使用。 ### 步骤2：裸核程序（Bare-metal）开发 - 使用Vitis IDE创建裸核应用，目标为CPU1（psu_cortexa53_1）。 - 在程序中设置好堆栈指针，并确保程序入口点正确。 - 编译后得到elf文件，注意程序的加载地址（例如0x10000000）。 ### 步骤3：启动流程（Boot Image） - 创建启动镜像（BOOT.BIN）包含： - FSBL（配置多核启动，但只启动核0，核1保持等待事件状态） - PMU Firmware - ARM Trusted Firmware (ATF) - U-Boot - Linux内核镜像 - 设备树（包含内存保留信息） - 裸核程序（转换为二进制文件，并放置在特定地址，例如0x10000000） ### 步骤4：Linux触发裸核程序 - 在Linux中，我们需要通过核间中断（IPI）唤醒CPU1并跳转到指定地址。 - 具体方法： a. 在Linux内核中编写一个内核模块，该模块使用`remap_cached`映射核间中断寄存器（在ZynqMP中，核间中断寄存器位于`0xFF340000`，具体参考TRM）。 b. 通过写入该寄存器触发CPU1的启动（写入CPU1的入口地址并发送事件信号）。 或者使用标准方法：通过设备树配置远程处理器框架（remoteproc）来管理裸核程序。但这里我们使用直接寄存器操作。 ### 具体实现代码示例（内核模块） ```c #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/io.h> #include <linux/of_address.h> #define CPU1_START_ADDR 0x10000000 static void __iomem *rpu_base; static int __init amp_start_init(void) { struct device_node *np; void __iomem *rpu_cfg; // 获取RPU配置寄存器地址 np = of_find_compatible_node(NULL, NULL, "xlnx,zynqmp-rpu"); if (!np) { pr_err("can't find rpu node\n"); return -ENODEV; } rpu_base = of_iomap(np, 0); if (!rpu_base) { pr_err("unable to map rpu registers\n"); return -ENOMEM; } // 设置CPU1启动地址 rpu_cfg = rpu_base + 0x4; // 寄存器偏移根据TRM确定，这里为示例 writel(CPU1_START_ADDR, rpu_cfg); // 设置启动地址 // 触发CPU1启动（发送事件） writel(0x1, rpu_base + 0x0); // 写入控制寄存器触发启动 pr_info("CPU1 started at 0x%x\n", CPU1_START_ADDR); return 0; } static void __exit amp_start_exit(void) { if (rpu_base) iounmap(rpu_base); } module_init(amp_start_init); module_exit(amp_start_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); ``` ### 注意事项： 1. 内存保留：在设备树中保留裸核程序使用的内存区域，避免Linux使用： ```dts /memreserve/ 0x10000000 0x20000; // 保留0x10000000开始的128KB ``` 并在Linux节点中修改内存大小，例如： ```dts memory { device_type = "memory"; reg = <0x0 0x0 0x0 0x10000000>; // 只使用前256MB，保留区域从256MB开始 }; ``` 2. 裸核程序编译时，链接脚本指定地址为0x10000000。 3. 启动镜像制作：将裸核程序的二进制文件（通过`arm-none-eabi-objcopy`从elf转换）放在BOOT.BIN中，地址为0x10000000。 ### 用户空间触发方法（可选） 如果不希望编写内核模块，也可以使用用户空间程序通过`/dev/mem`直接映射寄存器地址进行操作。但需要确保Linux内核配置了`CONFIG_DEVKMEM`或`CONFIG_DEVMEM`，并且有足够权限。 示例用户空间程序（需要root权限）： ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <sys/mman.h> #include <unistd.h> #define RPU_CFG_ADDR 0xFF340000 // 根据实际TRM调整 #define START_ADDR 0x10000000 int main() { int fd; void *map_base; volatile unsigned int *rpu_cfg; fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC); if (fd < 0) { perror("open"); return -1; } // 映射物理地址到用户空间 map_base = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, RPU_CFG_ADDR); if (map_base == MAP_FAILED) { perror("mmap"); close(fd); return -1; } rpu_cfg = (volatile unsigned int *)((char *)map_base + 0x4); // 偏移量 *rpu_cfg = START_ADDR; // 设置启动地址 // 触发启动 *(volatile unsigned int *)map_base = 0x1; munmap(map_base, 0x1000); close(fd); return 0; } ``` ### 总结 通过以上步骤，我们可以实现： 1. 核0运行Linux，核1保持待机。 2. Linux启动后（通过内核模块或用户程序）触发核1跳转到裸核程序入口地址执行。 §§相关问题§§ 1. 如何为Zynq UltraScale+ MPSoC配置非对称多处理（AMP）？ 2. 在Linux中如何保留特定的内存区域？ 3. 如何编写一个Linux内核模块来操作硬件寄存器？ 4. 如何制作ZynqMP的启动镜像（BOOT.BIN）包含多个组件？</think>### 在 Zynq UltraScale+ 上实现 A53 核0运行 Linux、核1运行裸核程序的方法 #### 1. **硬件配置与内存划分** - **内存分区**：在 DDR 内存中为裸核程序保留独立区域（例如 `0x10000000-0x1001FFFF`），避免与 Linux 冲突。 - **设备树配置**：在 Linux 设备树中声明保留内存区域： ```dts /memreserve/ 0x10000000 0x20000; // 保留 128KB 内存 reserved-memory { #address-cells = <2>; #size-cells = <2>; ranges; baremetal_region: baremetal@10000000 { reg = <0x0 0x10000000 0x0 0x20000>; no-map; }; }; ``` #### 2. **裸核程序开发** - **程序入口点**：设置裸核程序入口地址为保留内存起始位置（如 `0x10000000`）。 - **链接脚本示例**： ```ld ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x10000000; .text : { *(.text) } .data : { *(.data) } .bss : { *(.bss) } } ``` - **裸核程序初始化**：禁用中断，初始化堆栈，进入主循环。 #### 3. **启动流程控制** - **FSBL 配置**：修改 FSBL 代码，启动核0后暂停核1： ```c // 在 FSBL 中初始化多核 Xil_SetTlbAttributes(0x10000000, 0x14DE2); // 配置内存属性 Xil_Out32(0xFFFFFEA8, 0x10000000); // 设置核1启动地址 Xil_Out32(0xFFFFFFF0, 0x01); // 核1等待事件唤醒 ``` #### 4. **Linux 触发裸核程序** - **内核模块实现**：编写 Linux 内核模块触发核间中断： ```c #include <linux/io.h> #include <linux/module.h> #define GICD_SGIR 0x0F00 // 核间中断寄存器偏移 static void __iomem *gicd_base; static int __init start_baremetal(void) { // 映射 GIC 寄存器 gicd_base = ioremap(0xF9000000, 0x10000); // 向核1发送中断（中断号 0） writel(0x1 << 24 | 0x1 << 16, gicd_base + GICD_SGIR); pr_info("Triggered CPU1 baremetal program\n"); return 0; } module_init(start_baremetal); MODULE_LICENSE("GPL"); ``` - **用户空间触发**：通过 `/sys` 接口启动： ```bash echo 1 > /sys/devices/platform/baremetal/start ``` #### 5. **核间通信（IPC）** - **共享内存**：在保留内存区建立环形缓冲区： ```c struct ipc_buffer { volatile uint32_t head; volatile uint32_t tail; uint8_t data[1024]; }; ``` - **信号量同步**：使用 ARM 的原子指令（如 `LDREX/STREX`）实现自旋锁。 #### 6. **启动镜像构建** 生成包含所有组件的 `BOOT.BIN`： ``` FSBL -> PMU Firmware -> ATF -> U-Boot -> Linux内核 -> 设备树 -> 裸核程序 ``` #### 注意事项 1. **缓存一致性**：裸核程序需使用 `outer shareable` 内存属性，Linux 侧使用 `dma_alloc_coherent()`。 2. **中断路由**：在 GIC 中为核1配置独立中断号。 3. **安全扩展**：如果启用 TrustZone，需配置 TZASC 保护内存区域。 ### 完整流程示意图 ``` +-------------------+ +---------------------+ | FSBL | | DDR 内存布局 | | 启动核0 |-----> | 0x00000000: Linux | | 挂起核1 | | 0x10000000: 裸核程序| +-------------------+ +----------^----------+ | | +-------------------+ +----------+----------+ | Linux 启动 | | Linux 内核模块 | | 加载内核模块 |-----> | 写寄存器触发核1启动 | +-------------------+ +---------------------+ ``` ### 调试技巧 - **核1调试**：通过 JTAG 连接核1，在触发前设置断点。 - **日志跟踪**：在共享内存中实现跨核日志系统。 - **性能监控**：使用 APM（性能监控单元）分析总线利用率。