适用于电力系统多核板卡的通用软件平台研究 -电力系统保护与控制杂志社投稿

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适用于电力系统多核板卡的通用软件平台研究

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0 引言

随着嵌入式产品的更新升级，越来越多的功能被集中在同一块硬件上，往往各个功能之间互相联系，互相影响[1]。为了更好地处理实时性任务与非实时任务，混合多系统可以使任务分工更精细，灵活地适应不同情景[2]。目前基于双核CPU 的AMP 的混合多系统存在较大的缺陷和不足[3-4]，首先会导致消耗不必要的资源与时间；其次，绑定硬件大多只局限于ARM；并且复杂度高、维护困难，对电力系统中其他运行应用程序的影响极大，会造成实时性任务抖动。基于此，本文提出一种适用于多核板卡的通用软件平台，其通过自动化配置工具对硬件资源进行配置，将混合多系统平台抽象出ARCH与BSP 层，通过心跳包监测其他CPU 是否正常运行，通过cache 划分通用寄存器，设置消除核间广播，可实现配置智能化和硬件平台的多样化，增加系统稳定性。

1 混合多系统的现状以及缺陷分析

1.1 混合多系统核间通信技术的现状[3]

目前，一般的混合多系统为基于双核CPU 的移动页面加速（Accelerated Mobile Pages，AMP）技术，大多使用Linux 与实时多任务操作系统（Micro-Controller Operating System，μCOS）搭配实现，即CPU0 运行Linux，CPU1 运行μCOS。

1.2 存在的不足之处

这种方法有较大的缺陷和不足，首先是会消耗不必要的资源与时间，其需要提前在代码阶段划分好内存资源，规定所运行的CPU，重新编译后再进行加载工作。这些代码往往分布在不同内核组件中，修改时费事费力。第二，需要绑定硬件，大多只局限于ARM，现有方法仅适用于ARM 体系架构的双核处理器，并且随着功能复杂度的增加，硬件处理器的性能提升令硬件无法适用，例如X86 架构的intel 处理器，四核ARM Cortex A53的MPSOC 处理器都无法适用。第三，在运行过程中无法判断其他CPU 核是否正常运行，容易造成对应用提供数据、功能错误，复杂度高，维护困难；另外，该混合系统对系统中其他运行应用程序影响极大，造成实时性任务抖动。

也就是说，如果其中一个CPU 上的任务出现bug 导致重启运行，那么另一个CPU 将也被重启运行，这样会导致正常运行的CPU 被重启；如果其中一个CPU 上的任务进行大量的系统调用等进入内核特权态的操作，会对另一个CPU 上任务的运行造成很大的抖动。

2 平台架构原理

本文提出一种适用于所有多核板卡的通用软件平台。该平台不仅减少核间相互干扰，而且提供了很多直接可用的功能组件，方便程序员使用。图1 为本文所提出的适用于所有多核板卡的通用软件平台的架构图。

图1 平台架构

该架构适用于所有多核板卡的通用软件平台，包括ARCH 层与板级支持包 BSP（Board Support Package）层，自动化配置工具对平台资源进行修改。

3 通用软件平台的实现

3.1 总体框架

如图1 和图2 所示的适用于所有多核板卡的通用软件平台中主核和从核可以是任意操作系统。图2 中的主核和从核均为SylixOS，主核和从核均包括通用异步收发传输器URAR1、媒体访问控制MAC、嵌入式多媒体卡eMMC 和寄存器CACHE；硬件公有部分包括中断控制器GIC 和片上存储器OCM。

图2 双核均为SylixOS 模式

以下以主核运行Linux，其他核CPU 运行SylixOS 为例，其中SylixOS 为国产大型嵌入式实时操作系统。

主核 CPU0 运行 Linux，其他核 CPU 运行 SylixOS，将SylixOS 的编译链部署在 Linux 上，ARCH 层与 BSP 层提供不同的镜像库。

自动化配置工具对脚本进行修改，自动定位到配置代码处，对内存资源、CPU 资源、中断资源、硬件架构选择修改，编译后自动运行。

抽象出 ARCH 层与 BSP 层，其中 ARCH 层与 BSP 层是操作系统为上层应用所提供通用接口设计的，在应用编写过程中，直接调用应用程序编程接口。当没有ARCH 层与BSP 层时，应用程序调用的仅为空函数接口，当操作系统将ARCH 层与BSP 层的具体应用链接到编程接口时，应用程序即可完成调用。

3.2 用户操作方法以及平台运行方法

适用于所有多核板卡的通用软件平台的用户操作方法中的用户操作方法包括：用户启动程序、打开配置工具、选择架构与BSP、对硬件资源进行配置、自动编译所有CPU 上的操作系统OS，从而启动通用软件平台。

通用软件平台运行方法包括：通用软件平台启动程序、打开配置工具、自动导入源码工程、自动寻找目录修改相关系统文件、自动编译所有CPU 上的操作系统OS，从而启动平台，如图3 所示。

文章来源：《电力系统保护与控制》网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/qikandaodu/2021/0121/664.html