[发明专利]一种Zynq芯片在异构称多处理模式下双核共享输出外设的方法

说明书

一种Zynq芯片在异构多处理模式下双核共享输出外设的方法。FPGA为每个ARM核分配不同服务优先级的共享内存，ARM核有待发报文时，首先读取和FPGA之间的共享内存的信息，在判定可写的条件下，按照约定的格式，向共享内存写入数据包和数据包描述信息，FPGA判断外设发送空闲的条件下，依照服务优先级，将共享内存中的数据包写入外设。本发明由FPGA统一管理外设和数据包调度，双ARM核间无需核间调度，每个ARM内核独立面对FPGA外设，比在ARM中统一管理、发送数据，效率有很大提高。用于数据吞吐量大、处理实时性要求高的电力系统控制领域。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，适用于对装置空间要求较小，需要使用单片多核处理器，同时支持高处理实时性和人机接口等需要文件系统、网络协议等多种服务的需求。

背景技术

随着变电站自动化技术的不断发展和进步，智能变电站中各种自动化设备对于高速数据吞吐能力的要求迅速提高。

FPGA厂家Xilinx公司基于ARM处理内核和先进微处理器总线架构(AMBA)总线定义，利用FPGA的高速并行处理能力，开发生产了多核ARM+FPGA结构的Zynq系列芯片，可以很好的适应智能变电站中各种自动化设备的上述要求。

由于自动化控制设备存在快速继电保护算法的高实时性处理需求和人机接口、通信管理等多种服务需求，双核使用AMP(Asymmetric Multi-processing，异构多处理)模式，高实时性处理任务运行在裸跑环境，人机接口、通信管理运行在操作系统环境，能够更好的利用Zynq芯片的资源。

Zynq中的FPGA可以灵活的定制实现多种高速外设接口扩展，例如以太网、高速光纤串口等。这些外设被双核ARM共同使用，不可避免的要面对外设共享和竞争问题。SMP(Symmetrical Multi-Processing，对称多处理)模式下通常将此问题交给操作系统完成，大致的实现方法是系统底层维护一个外设缓冲，应用使用虚拟外设，本质上是把数据经多级缓存传递后统一输出；AMP模式下，如果采用这种方式，会导致数据处理效率降低很多，也就失去了采用AMP模式的意义。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了一种Zynq芯片在异构多处理模式下双核共享输出外设的方法，充分利用Zynq芯片中包含了FPGA的优势，双核ARM无需互通信息，数据输出任务交由FPGA管理。由于FPGA和双核都可以直接通信，可以获取两个方向的全部信息，利用流控机制，使得双核ARM使用公用外设时，可以认为外设是独享的，无需考虑核间资源竞争。

本发明具体采用以下技术方案。

一种Zynq芯片在异构多处理模式下双核共享输出外设的方法，所述Zynq芯片由双核ARM处理器和FPGA组成，双核ARM和FPGA之间通过片内的AMBA总线连接，双核ARM和FPGA共享外部存储器；其特征在于：

由FPGA取代ARM对于在FPGA内实现的共享输出外设的管理。

一种Zynq芯片在异构多处理模式下双核共享输出外设的方法，Zynq芯片包括两个ARM即双核ARM和一个FPGA，ARM和FPGA之间通过片内的AMBA总线连接，在FPGA内实现的共享输出外设，共享给双核使用；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：由Zynq芯片中的FPGA根据所在的硬件板卡条件，确定板卡外接以太网口的数量，并确定在逻辑资源允许情况下，可以定制的外接以太网数量和报文优先级数量，并将所定制的接以太网数量和报文优先级数量存储在固定地址的寄存器中供ARM读取；

步骤2：每个ARM从上述寄存器中读取信息后，根据工程的需要为各种工程应用报文定义优先级别；每个ARM为各种优先级别报文分配和FPGA之间的共享内存空间，包括存储区大小和存储区首地址，并以写寄存器的方式将共享内存的地址、空间大小信息传递给FPGA；