Mentor软件能消除异构硬件和软件环境的管理复杂性从而简化系统设计

Mentor 嵌入式多核框架能消除异构硬件和软件环境的管理复杂性，从而简化SoC系统设计。

异构多处理对于当今的嵌入式应用来说正变得越来越重要。片上系统 (SoC) 架构，例如赛灵思的 Zynq® UltraScale+™ MPSoC 提供包含四个 ARM® Cortex®-A53 内核以及两个 ARM Cortex-R5 内核的强大异构多处理基础架构。除了核心的计算基础架构外，SoC 还包含一系列丰富的硬化外设 IP 和 FPGA 架构，可实现灵活的设计模式，从而帮助系统开发人员创建高性能多处理系统。

各种软件开发模式的出现使开发人员可以充分利用 SoC（例如 Zynq MPSoC）提供的多处理功能优势。对称多处理 (SMP) 操作系统提供了必需的基础架构，能够在多处理系统中的多个同构内核之间以对称或非对称方式平衡应用工作负荷。不过，要想利用系统中异构处理器提供的计算带宽，需要使用非对称多处理 (AMP) 软件架构。

AMP 架构通常需要在 SoC 中不同处理内核上运行的多种软件环境（例如 Linux、实时操作系统 (RTOS) 或裸机软件），协同工作实现最终应用的设计目标。在典型设计中，主内核上的软件环境根据需要驱动一个远程内核上的远程软件环境，用于分担计算任务。主处理器、远程处理器及其相关软件环境(即它们的操作系统环境)可以是同构或者异构的。

Mentor 选用 Linux 3.4.x 内核以及更新版本中的 remoteproc 和 rpmsg API。

为有效管理不同处理器上多个操作系统的生命周期，同时提供处理器间通信 (IPC) 基础架构以分担计算工作负荷，需要采用经过改善的新软件功能和方法。

Mentor Graphics 公司的 Mentor 嵌入式多核框架是一种软件框架，能够为 AMP 系统开发人员提供两大重要功能：用于对远程处理器及其相关软件环境进行生命周期管理的 remoteproc 组件和 API；用于在 AMP 环境中的操作系统之间实现 IPC 的 rpmsg 组件和 API。该框架为用户提供了简化的应用级接口，从而消除了管理异构硬件和软件环境的复杂性。

让我们详细了解一下如何使用这种新的开发框架来管理 AMP 系统中的异构计算。

兼容性和起源
在为 Mentor 嵌入式多核框架选择合适的 API 时，对开放标准的兼容性以及在 Linux 社区中的应用情况是重要的考量指标。Mentor选用了 Linux 3.4.x 内核以及更新版本中的 remoteproc 和 rpmsg API。Linux remoteproc 和 rpmsg 基础架构最初由 Texas Instruments 设计开发，并专门用于 Linux 内核。该基础架构允许主处理器上的 Linux 操作系统管理远程处理器上远程软件环境的生命周期和通信。

然而，Linux 提供的基础架构存在一些限制。 首先，Linux rpmsg 隐式地假设 Linux 总是主操作系统，而且不支持将 Linux 作为 AMP 配置中的远程操作系统。 此外，remoteproc 和 rpmsg API 只能从 Linux 内核空间获得，没有可用于其它操作系统和运行时间的等效 API 或库。
Mentor 嵌入式多核框架是一种用 C 语言编写的独立库。它能干净地实现在 RTOS 或裸机软件环境中使用的 remoteproc 和 rpmsg 功能，并具备与 Linux 中对应的 remoteproc 和 rpmsg 的 API 级兼容性和功能对称性。图 1a 显示了 Mentor 嵌入式多核框架的软件栈图及其在 RTOS 或裸机环境中的使用。如图所示，该框架经过抽象的移植层由硬件接口层和操作系统抽象(环境)层构成，让用户能够方便地将框架移植到其它处理器和操作系统。

图 1b 显示了 Linux 内核中的 remoteproc 和 rpmsg 基础框架。remoteproc 和 rpmsg 内核空间驱动程序为 remoteproc 平台驱动程序和 rpmsg 用户设备驱动程序提供服务。remoteproc 平台驱动程序支持远程生命周期管理；rpmsg 用户设备驱动程序向用户空间应用提供 IPC 服务。

除了能在 AMP 架构中实现 RTOS 和裸机环境与 Linux remoteproc/rpmsg 基础架构的互操作外，Mentor 嵌入式多核框架还提供相应的工作流程和运行时间基础架构，用于将 Linux 进行封装并作为 AMP 配置中的远程操作系统启动。图 2 显示了该框架支持的各种 AMP 配置。

 

图 1 – RTOS 和裸机环境中的 Mentor 嵌入式多核框架 (a)，以及 Linux 内核中的 remoteproc 和 rpmsg (b)