實時通信方案

 

圖 1 中斷響應到PCIe通信過程

 

 AMP + GPIO中斷技術-協同運作

AMP即Asymmetric Multi-Processing，（非對稱多處理架構），多個核心相對獨立運行不同的操作系統或裸機應用程序，如Linux+RTOS/裸機組合。系統需要一個主核心統籌全局，各處理器核心相互隔離，擁有獨立內存，既能各自執行不同任務，又可實現核間通信。

 

 

圖 2

 

GPIO中斷技術通過硬件級事件觸發機制，當GPIO引腳電平變化，能夠立即中斷處理器當前任務，在工業控制信號采集、緊急按鍵處理等對實時性要求嚴苛的場景中表現卓越。

 

當AMP架構與GPIO中斷技術實現強強聯合，既能充分發揮主核調度與從核實時響應優勢，又可以大幅度提升系統計算的性能與實時性。

 

 DMA技術-加速數據傳輸

DMA技術（Direct Memory Access，直接內存訪問）允許硬件外設直接與存儲器進行數據交換，全程無需CPU參與數據傳輸。

 

使用非DMA方式進行數據傳輸時，外設與內存之間的數據搬運需要依靠CPU來完成。這意味著每次數據傳輸都需要CPU的介入，導致CPU資源占用較高，并且數據傳輸速度相對較低。而采用DMA方式進行數據傳輸，外設可直接與內存進行數據交換，減少了CPU介入與中斷處理，數據傳輸更流暢高效。

 

 

圖 3

 

 RK3568J + FPGA典型應用場景

圖 4

 

 pcie_dma_memcpy_io_irq案例

本文主要介紹基于RK3568J + FPGA的PCIe實時通信案例，適用開發環境如下。

 

Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux開發環境：VMware15.5.5、Ubuntu18.04.4 64bit

U-Boot：U-Boot-2017.09

Kernel：Linux-4.19.232、Linux-RT-4.19.232

LinuxSDK：LinuxSDK-[版本號]（基于rk356x_linux_release_v1.3.1_20221120）

硬件平臺：創龍科技TL3568F-EVM工業評估板（基于瑞芯微RK3568J + 紫光同創Logos-2）

 

為了簡化描述，本文僅摘錄部分方案功能描述與測試結果，詳細產品資料請掃描文末二維碼下載。

 

案例說明

 

案例通過PCIe DMA在FPGA端（PCIe EP）與ARM端（PCIe RC）之間建立高速數據傳輸通道，由FPGA端按鍵觸發GPIO中斷啟動數據傳輸，動態調整1KByte、16KByte、32KByte、64KByte數據量并統計傳輸速率、延遲及誤碼率。

 

 

圖 5

 

案例演示

 

請參考產品資料完成U-Boot鏡像、內核鏡像替換，加載FPGA可執行程序，并將amp.img鏡像固化至評估板。

 

按下評估板FPGA端的USER3按鍵（KEY7），程序運行一次。

 

如下圖所示，使用示波器測量FPGA GPIO（黃色波形）中斷觸發至ARM GPIO（藍色波形）輸出高電平的實際耗時，可看到FPGA GPIO信號上升沿至ARM GPIO信號上升沿的時間間隔約為4us，即FPGA GPIO中斷響應時間約為4us；

 

 

圖 6

 

RS232 UART0串口終端將打印GPIO中斷次數、GPIO中斷響應到啟動PCIe DMA的耗時、PCIe平均讀寫速率、PCIe讀寫耗時、誤碼率等相關信息，如下圖所示。

 

 

從上圖RS232 UART0串口終端的打印信息可知，FPGA GPIO中斷響應到啟動PCIe DMA的最大耗時為4us。

表 1 中斷響應測試結果

表 2 PCIe讀寫速率測試結果

 

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