IPC-核间通讯

news2024/9/21 16:46:01

1. IPC通讯是AUTOSAR体系结构中的核心组成部分,它使得不同的软件组件可以相互通信、协同工作,从而实现整车系统的功能。IPC可以理解为核间通讯,就是一个芯片有多个核,现在想让多核之间通信,达到下面几个目的:

  1. 数据共享:不同的软件组件之间可以通过IPC通讯共享数据,实现数据的共享和交换。
  2. 事件通知:软件组件之间可以通过IPC通讯发送事件和信号,从而实现对系统的控制和调度。
  3. 状态同步:IPC通讯还可以用于实现不同软件组件之间的状态同步,确保整个系统的状态一致性。
  4. 系统扩展:通过IPC通讯,可以方便地向系统中添加新的软件组件,从而实现系统的扩展和灵活性。

在多核处理器系统中,不同的处理器核之间可以通过共享内存、消息传递等方式进行IPC核间通讯。共享内存是指多个处理器核共享同一块物理内存,通过在内存中设置标志位或锁等机制来控制对共享数据的访问。消息传递是指不同处理器核之间通过发送和接收消息来进行通信,其中消息可以是数据、信号等。

IPC核间通讯的实现需要考虑处理器核之间的同步、互斥等问题,以确保数据的正确性和一致性。同时,也需要注意处理器核之间的通信延迟、带宽等问题,以提高通信效率和系统性能。

2. IPC通讯有两种实现方式:Shared Memory Mailbox

在需要频繁传输大量数据的情况下,可以使用共享内存;而在需要低延迟的通知场景下,可以使用Mailbox。同时,这两种机制也可以结合使用,例如使用Mailbox通知对方有数据需要接收,接收方再从共享内存中读取数据。

Mailbox hardware

TDA4是一款集成了多个处理器核心的芯片,不同的处理器核心之间需要进行IPC通信。在TDA4中,使用了一种基于Mailbox和中断的机制来实现IPC通信,这种机制被称为“queued (FIFO) mailbox-interrupt mechanism”。

这种机制使用了一个队列(FIFO)和一个中断机制,用于在不同的处理器核心之间传递消息。当一个处理器核心需要向另一个处理器核心发送消息时,它将消息写入一个指定的Mailbox中。如果该Mailbox是空的,则会触发一个中断,通知另一个处理器核心有消息需要处理。中断处理程序可以立即读取Mailbox中的消息,并通知对应的处理器核心可以继续向Mailbox写入数据使用队列(FIFO)来存储消息可以保证消息的有序性。而使用中断机制可以避免处理器核心之间的忙等待,提高系统的响应速度和实时性。

如下图:描述了 ISR 在接收邮箱非空中断时的行为

Shared Memory

TDA4的IPC模块支持多个EndPoint,每个EndPoint都包含一个发送队列和一个接收队列,用于存储待发送和待接收的数据。同时,每个EndPoint还包含一个状态机,用于控制数据的发送和接收。当一个EndPoint向另一个EndPoint发送数据时,数据会被写入发送队列中,然后状态机会按照预定的方式将数据从发送队列中取出,并通过共享内存传输到接收EndPoint的接收队列中。接收EndPoint的状态机会检查接收队列中是否有新的数据,如果有,则将数据从接收队列中取出并进行处理。

如下图:就是使用Mailbox通知对方有数据需要接收,接收方再从Shared Memory中读取数据。

3. 简单举例: 

发送的过程:关于mailbox的如下图所示;

1. 创建一个3ms的task,task执行下面的任务

2. 在中uComTp_TxProcess中实现下面的功能。

自问自答:为什么什么AURIX可以用RTE核间通讯,而TDA4要用IPC

AURIX是一种基于TriCore处理器的芯片平台,它采用了AUTOSAR架构,并使用RTE作为运行时环境来管理软件组件之间的通信和交互。由于AURIX芯片内部的TriCore处理器都是由同一颗芯片产生的,,而无需使用复杂的IPC机制。

  • 处理器内核共享总线和共享内存:TC397芯片内部的处理器内核共享总线和共享内存,因此它们之间的通信速度非常快。当一个处理器需要访问另一个处理器的数据时,可以通过总线直接进行数据交换,从而避免了通信延迟和通信开销。此外,处理器之间还可以通过共享内存的方式进行数据交换,这也可以加速通信速度。

 除此之外,使用X-Signals实现TC397的核间通讯的步骤如下:Rte会替你生成一系列的保护措施,比如SpinLock;缺点:为了解决数据一致性所带来的额外开销都是比较大

  1. 定义信号:首先需要定义信号,即用于处理器之间通信的数据类型。可以使用AUTOSAR标准中定义的数据类型,也可以自定义数据类型。
  2. 创建Sender和Receiver:然后需要创建Sender和Receiver,即用于发送和接收信号的软件组件。在TC397芯片上,可以在不同的TriCore处理器上创建Sender和Receiver,实现不同处理器之间的通信。
  3. 发送信号:Sender可以通过X-Signals提供的接口发送信号。可以指定接收方的ID,也可以广播信号。发送信号时需要填入信号的数据。
  4. 接收信号:Receiver可以通过X-Signals提供的接口接收信号。可以指定发送方的ID,也可以接收所有信号。接收信号时可以获取信号的数据。
  5. 处理信号:在接收到信号后,可以对信号进行处理。可以根据信号的数据类型进行不同的处理,也可以将信号转发给其他的软件组件。

TDA4是一种基于Arm Cortex-A处理器的芯片平台,它同样可以采用AUTOSAR架构来实现多核通信,但由于Arm Cortex-A处理器通常是由不同的芯片产生的,因此它们之间的通信速度相对较慢,通常需要使用IPC(Inter-Process Communication)机制来实现组件之间的通信。IPC机制可以通过共享内存、消息队列、管道等方式来实现不同进程之间的通信和同步。

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