i.MX 8M Mini——四核Cortex-A53+Cortex-M4多核CPU如何实现工控

随着ARM处理器性能不断增强，当前越来越多产品都倾向尽量用单一架构的高性能ARM平台来满足产品的不同功能要求。但是，在工业应用领域还是要面对一些实时控制和通讯的要求，单一系统架构无法完全满足。面对复杂的工业应用场景，创龙科技推出了基于NXP i.MX 8M Mini设计的工业核心板和评估板，提供了四核Cortex-A53 + 单核Cortex-M4异构多核的组合使用方法，使Cortex-M4发挥出MCU实时控制性的特性，从而满足复杂的工业应用场景。

NXP i.MX 8M Mini是一款集成4核ARM Cortex-A53 + 单核ARM Cortex-M4的异构多核SoC处理器。Cortex-A53核主频高达1.6GHz，运行Linux系统，可实现复杂的人机交互和高速运算等应用要求。Cortex-M4核运行裸机或FreeRTOS系统，实现实时控制和通讯的任务，比如：电机实时控制、IO实时控制、串口通讯、与FPGA通过FLexSPI实时通讯等。

图 1 i.MX 8M Mini处理器资源框图

图 2 i.MX 8M Mini Cortex-M4资源框图

1 rpmsg_lite_pingpong_rtos案例

1.1 案例功能

（1） Cortex-A53释放Cortex-M4，然后初始化RPMsg，并创建端点。

（2） Cortex-A53启动Linux系统，执行握手服务，创建通信信道，并发送一条信息至Cortex-M4。

（3） Cortex-M4接收到第一条信息时，计数器自加1，然后回发计数器值至Cortex-A53。

（4） Cortex-A53接收Cortex-M4发送的计数器数值，计数器自加1，然后回发计数器数值至Cortex-M4。

（5） 当计数器数值大于100时，通信结束。

1.2 案例测试

案例bin目录下分别提供了TCM版本程序镜像文件rpmsg_lite_pingpong_rtos_linux_remote.bin和DDR版本程序镜像文件rpmsg_lite_pingpong_rtos_linux_remote_ddr.bin。

在U-Boot命令行加载运行Cortex-M4程序镜像文件后，RS232 UART4调试串口打印如下信息。

图 3

运行boot命令，在Cortex-A53启动运行Linux系统。

U-Boot=> boot

图 4

进入评估板文件系统后，执行如下命令加载imx_rpmsg_pingpong模块，启动核间通信。

Target# modprobe imx_rpmsg_pingpong

图 5

加载模块后，Cortex-M4将接收Cortex-A53发送的数据，并将其转发回Cortex-A53，循环50次后结束。RS232 UART4调试串口打印信息如下。

图 6

图 7

1.3 关键代码

Linux驱动程序

驱动的实现在imx_rpmsg_pingpong.c中完成，此文件位于内核"drivers/rpmsg/"路径下。

（1） Linux系统加载驱动后，先发送一条helloMsg，然后发送第一条乒乓信息。

图 8

（2） 在回调函数中，每次接收到Cortex-M4的计数器数据后自加1，并回发至Cortex-M4，直到计数器数值大于100。

图 9

FreeRTOS程序

程序主体位于main函数中，定义位于main_remote.c中。

（1） 在main函数中首先初始化引脚等相关资源，然后创建app_task任务，并启动任务列表。

图 10

（2） 在app_task任务中定义共享内存基地址，需和设备树中指定地址一致，再初始化RPMsg资源，并等待连接上远程终端。

图 11

（3） 接收helloMsg，并循环收发乒乓信息。

图 12

（4） 信息以乒乓形式结束后注销RPMsg相关资源，并进入死循环。

图 13

2 rpmsg_lite_str_echo_rtos案例

2.1 案例功能

（1） Cortex-A53释放Cortex-M4，然后初始化RPMsg，并创建端点。

（2） Cortex-A53启动Linux，执行握手服务，并创建通信信道。

（3） Linux驱动生成"/dev/ttyRPMSG30"节点，将用户输入至该节点的数据发送至Cortex-M4。

（4） Cortex-M4接收数据并进行打印，再将数据回发至Cortex-A53。

（5） Cortex-A53（Linux驱动）接收数据并进行打印。

2.2 案例测试

案例bin目录下分别提供了TCM版本程序镜像文件rpmsg_lite_str_echo_rtos.bin和DDR版本程序镜像文件rpmsg_lite_str_echo_rtos_ddr.bin。

在U-Boot命令行加载运行Cortex-M4程序镜像文件后，RS232 UART4调试串口打印如下信息。

图 14

运行boot命令，在Cortex-A53启动运行Linux系统。

U-Boot=> boot

图 15

进入评估板文件系统后，执行如下命令加载imx_rpmsg_tty模块，启动核间通信。

Target# modprobe imx_rpmsg_tty

图 16

Linux系统加载模块后，会发送数据"hello world"至Cortex-M4。Cortex-M4接收到数据后，在RS232 UART4调试串口将数据进行打印。

图 17

在USB TO UART2调试串口执行如下命令，将接收到的数据发送至Cortex-M4。

Target# echo tronlong > /dev/ttyRPMSG30

图 18

Cortex-M4接收到数据后，在RS232 UART4调试串口将数据进行打印，同时将数据回发至Cortex-A53。

图 19

在USB TO UART调试串口执行如下命令，可查看Cortex-M4回发的数据。

Target# dmesg | grep rpmsg_tty

图 20

2.3 关键代码

Linux驱动程序

驱动的实现在imx_rpmsg_tty.c中完成，此文件位于内核"drivers/rpmsg/"路径下。

（1） imx_rpmsg_tty.c的写函数实现数据的发送，发送缓存最大设置为256Byte。

图 21

（2） 在回调函数中，每次接收到Cortex-M4的数据后，都以16进制的方式进行打印，打印等级为KERM_DEBUG。

图 22

FreeRTOS程序

程序主体位于main函数中，定义位于main_remote.c中。

（1） 在main函数中初始化引脚等相关资源，然后创建app_task任务，并启动任务列表。

图 23

（2） 在app_task任务中定义共享内存基地址，需和设备树中指定地址一致，再初始化RPMsg资源，并创建通信终端。

图 24

（3） 在for循环中实现数据收发。

图 25

IMX8 Cortex-A53与Cortex-M4多核通信开发案例是创龙科技(Tronlong)基于NXP i.MX 8M Mini处理器设计的工业评估板——TLIMX8-EVM上实现的，它由核心板+底板构成，用户使用核心板进行二次开发时，仅需专注上层运用，降低了开发难度和时间成本，可快速进行产品方案评估与技术预研。