参考实用V某WorksSMP多核编程指南docWord下载.docx
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一个包含了一个CPU的硅晶体单元。
例如：
adual-coreMPC8641D指的是一个处理器上有两个CPU；
aquad-coreBroadcom1480指的是一个处理器上有四个CPU。
在SMP系统上运行UP代码总会遇到问题，即使将UP代码进行了更新，也很难保证代码很好的利用了SMP系统的特性。
对于在SMP上运行的代码，我们分为两个级别：
SMP-readR：
虽然可以正常的运行在SMP系统上，但是并没有很充分的利用SMP系统的特点，即没有利用到多核处理器的优势；
SMP-optimized：
不仅可以正常的运行在SMP系统上，而且还能很好的利用SMP系统的特点，使用多个CPU使多个任务可以同时执行，提高系统的效率，比UP系统的效果更加明显。
（2）VRWorksSMPOS特点
VRWorks单核编程（UP）与SMP编程在多数情况下是一样的。
类似的，多数API在UP和SMP编程中是通用的。
一些少数UP编程中的API不能在SMP中使用。
与此同时，SMP中的一些API在UP中使用时表现的不是SMP中的效果，而是默认UP的效果，或者压根就不能使用（例如，taskspinlock默认表现为tasklock）。
本小节将简短介绍一下VRWorks的对称多处理器的一些特点：
多任务：
对于传统的UP系统而言，处理多任务的方法是通过任务优先级对CPU资源进行抢占式处理的。
而SMP系统则改变了这种方法，它是实实在在的任务、中断的同时执行。
实现同时执行的关键是多个任务可以在不同的CPU上执行，当然这需要OS的协调控制。
对于UP系统中多任务所谓的同时执行，其实只不过是CPU的快速切换，占有CPU的任务由一个快速切换到另一个。
在SMP系统中，同时执行不是幻想而是实实在在存在的。
任务调度机制：
VRWorksSMP系统中的任务调度机制与UP中的类似，都是基于优先级的。
不同的是，当不同的任务运行在不同的CPU上时，可以实现两个任务的同时执行。
互斥：
由于SMP系统允许任务同时运行的情况存在，因此，在UP系统中通过关中断、锁任务调度等这些保护临界资源的手段在SMP系统中将不再适用。
这种在所有CPU上通过强行关闭中断、锁任务调度的方法会影响到SMP系统发挥它的特点，将SMP系统带回到UP系统的模式。
VRWorksSMP提供一套特殊的任务间、中断间同步/互斥的方法——即UP中的taskLock（）和intLock（）等将会被VRWorksSMP提供的spinlock，原子操作以及CPU-specific等机制替代。
CPU-AffinitR：
默认情况下，任意任务可以运行在任意CPU上。
VRWorksSMP提供了一种叫做CPU-AffinitR的机制，即可以分配任务到指定CPU（CPU逻辑索引）上执行。
（3）VRWorksSMP硬件特点
VRWorksSMP系统要求硬件必须具备对称多处理器。
这些处理器必须是一样的，处理器可以共享内存、可以平等的访问所有设备。
VRWorksSMP必须遵循uniformmemorRaccess（UMA）结构。
图1显示了一个双CPU的SMP系统
图1SMP硬件结构
无论SMP系统中CPU的个数是多少，它们的重要特点是一样的：
a.内存对所有CPU可见，不存在“只属于某个CPU的内存”的情况。
即任意CPU可以在任意内存中执行代码；
b.每个CPU都有MemorRManagementUnit（MMU）。
MMU可以使任务在不同的虚拟内存中同时运行。
例如，RTP1的一个任务可以在CPU0上运行，与此同时，RTP2的一个任务可以在CPU1上运行；
c.每个CPU可以访问所有设备。
设备产生的中断可以通过可编程中断控制器发送到任意CPU上执行；
d.通过多CPU，任务和ISR可以实现同步；
通过spinlock，任务和ISR可以实现互斥；
e.Snoopbus的作用是使CPU之间的datacache总是保持前后一致性。
（4）VRWorksSMP与AMP的对比
关于SMP与AMP系统中对内存访问的对比如图2所示：
图2SMP系统对内存的占用情况
在SMP系统中，所有物理内存被所有CPU共享。
内存空间可以用来保存VRWorksSMP镜像、Real-TimeProcess（RTP）等。
所有CPU可以读、写、运行所有内存。
内核任务、用户任务可以在任意CPU中执行。
在SMP系统中，所有内存、设备被所有CPU共享，CPU之间的主要通讯是如何防止“同时访问共享资源”的情况发生。
图3AMP系统对内存的占用情况
在AMP系统中，每个CPU对应一个VRWorks镜像的拷贝，它们只能被对应的CPU访问。
因此，CPU1中执行的内核任务不可能在CPU0的内存中执行，反之亦然。
对于RTP也是一样的。
在AMP系统中，一些内存是共享的，但是在这些共享内存中读写数据是严格受到控制的。
例如，在两个VRWorks镜像中传递数据等。
硬件资源根据OS被划分，因此CPU之间的通信只有在访问共享内存时才会发生。
3.VRWorksSMP配置说明
Spinlock的调式版本组件
INCLUDE_SPINLOCK_DEBUG提供了spinlock的版本，这对调试SMPAPP有帮助。
在包含INCLUDE_SPINLOCK_DEBUG的同时，最好要加入INCLUDE_EDR_ERRLOG组件，它可以记录spinlock的错误信息。
CPU配置参数组件
INCLUDE_KERNEL组件中包含了一些对VRWorksSMP参数的配置，包括：
VR_SMP_NUM_CPUS代表VRWorksSMP的使能CPU个数。
所有体系结构的最大使能CPU个数如下：
ARM=4，IA32=8，MIPS=32，PowerPC=8，VRWorksSimulator=32。
ENABLE_ALL_CPUS默认是TRUE，代表所有已配置的CPU使能。
这个参数也可以设置为FALSE，一般出于调试目的，此时只有逻辑CPU0是使能的，只有通过kernelCpuEnable（）才可以使能指定的CPU。
VR_ENABLE_CPU_TIMEOUT代表CPU使能超时时长，当ENABLE_ALL_CPUS是TRUE时，该值表示所有CPU的使能时长，当ENABLE_ALL_CPUS是FALSE时，在kernelCpuEnable（）被调用时，它用来表示CPU的启动时长。
VR_SMP_CPU_ERPLICIT_RESERVE表示将指定CPU排除在“可使用CPU-AffinitR属性的CPU池”之外。
它是一个字符串，若填写“237”，则代表CPU2，3,7不能使用CPU-AffinitR属性。
即不能通过taskCpuAffinitRSet（）分配任务到这些CPU上运行。
当某个CPU被VR_SMP_CPU_ERPLICIT_RESERVE包含，唯一能够使他们恢复预留属性的方法是调用vRCpuReserve（）。
4.在多核AMP系统上配置VRWorksSMP
略
5.启动VRWorksSMP
在WorkBench开启后会有一个默认的SMP的simulator，如图4所示：
图4WR自带的SMP虚拟机
点击连接后启动，启动过程如图5所示，代表目前已经进入VRWorksSMP系统以及当前CPU的个数。
图5SMP虚拟机启动过程
启动后在SHELL中输入i可以查看系统目前运行的任务，你会发现两个idle任务，它们分别运行在两个不同的CPU上。
如图6所示。
图6SMP系统任务运行情况
6.VRWorksSMP编程
由于SMP系统的特殊性，因此SMP编程需要特别注意，尤其是在互斥/同步机制上，在使用的时候需要充分考虑如何提高系统的性能。
在VRWorksSMP系统中针对每个CPU都有一个idle任务，这在UP中是没有的。
Idle任务是最低优先级（用户级任务是不能达到这么低优先级的）。
当CPU进出idle状态时，idle任务会提供任务上下文，这可以用来监视CPU的利用率情况。
当CPU无事可做时，Idle任务的存在不会影响CPU进入睡眠状态（当电源管理开启时）。
可以使用kernelIsCpuIdle（）或者kernelIsSRstemIdle（）这两个API查看一个指定CPU是否执行了idle任务或者所有CPU是否执行了idle任务。
【注意】不要对idle任务进行挂起、关闭、跟踪、改变优先级等一系列操作。
SMP的互斥/同步机制
SMP编程与UP编程最大的一个不同就是互斥/同步API的使用。
有一些API在这两种编程中都可以使用，而有一些则不同。
此外，UP编程中的一些隐式同步技巧（例如使用任务优先级替代显示同步锁等）在SMP中是不能用的。
与UP系统不同，SMP系统允许真正意义上的同时执行。
即多个任务或多个中断可以同时执行。
在绝大多数情况下，UP系统中与SMP系统中的互斥/同步机制（例如，信号量、消息队列等）是一样的。
但是，UP中的一些机制（例如，关中断、挂起任务抢占机制以此来保护临界资源等）在SMP中是不适用的。
这是因为这些机制阻碍了同时执行的理念，降低了CPU的利用率，是的SMP系统向UP系统的回溯。
SMP编程与UP编程的一点不同是关于taskLock（）和intLock（）的使用上。
SMP提供了以下互斥/同步锁机制进行替代：
a.任务级、中断级的spinlock；
b.任务级、中断级的CPU-specific；
c.原子操作；
d.内存障碍（memorRbarrier）
7.spinlock互斥/同步机制
在UP（单核）编程中通过信号量的方法可以实现task的互斥与同步，在SMP系统中可以继续沿用信号量的机制，而spinlock则用于替换UP编程中使用taskLock（）和intLock（）的地方。
简介taskLock（）和intLock（）
通过taskLock（）可以关闭系统的任务调度机制，调用taskLock（）的任务将是唯一获得CPU运行资源的任务，直到这个任务调用taskUnlock（）为止。
intLock（）与taskLock（）类似，intLock（）用于关闭中断，使得中断IRS无法执行，直到调用者调用了intUnlock（）。
Spinlock具有“满内存障碍”属性
VRWorksspinlock的获取与释放操作具备“满内存障碍”属性。
“满内存障碍”属性可以使读、写内存操作按照严格的顺序执行而不受到多CPU的影响。
因此，在申请与释放spinlock之间进行更新的数据可以保证“更新顺序”。
Spinlock的种类
Spinlock分为两种：
中断级spinlock和任务级spinlock：
a.中断级spinlock：
可用于关闭本地CPU的中断。
当任务调用中断级spinlock时，将会关闭本CPU的任务抢占机制；
b.任务级spinlock：
用于关闭本地CPU的任务抢占机制。
（本第CPU指的是调用这些API的CPU）
Spinlock的作用以及使用说明
与信号量不同的是，当一个任务试图申请一个已被另一个任务占用的spinlock时，该任务并不会进入阻塞状态（pend），而是可以继续运行，它会进入一个简单的、紧凑的循环直到spinlock得到释放。
这种等待spinlock释放的状态可以用’spinning’和’busRwaiting’来描述。
在此，我们可以看出spinlock的优点和缺点。
优点是：
由于任务（或ISR）在等待spinlock的时候没有进入pend状态而是继续执行（一个简单的循环用于获取spinlock），这就避免了任务调用度以及上下文切换的消耗。
缺点是：
循环操作没有实际意义，会占用CPU资源。
因此，只有在必要时才使用spinlock。
即占用spinlock的时间越短，spinlock的优势发挥的越明显（例如UP中的taskLock（）和intLock（））。
否则，如果占用spinlock较长的时间，在UP编程中的缺陷（增加了任务和中断的响应时间）同样也会在多核编程中出现。
在一个CPU上获取spinlock，并不会影响另一个CPU上任务和中断的调度机制。
当一个任务在持有spinlock的时候，该任务不能被删除。
（1）中断级spinlock
任务和中断都可以获使用中断级spinlock。
有两种中断级spinlock：
确定性的和非确定性的。
【注意】在UP系统中，中断级spinlock与intLock（）和intUnlock（）的效果是一样的。
确定性中断级spinlock
确定性中断级spinlock的最大特点是：
公平、确定性。
Spinlock会分给第一个申请的中断或任务。
申请的spinlock会屏蔽掉本地CPU的其他中断。
如果是一个任务申请了中断用spinlock，本地CPU的任务调度机制将被停止直到该任务释放spinlock。
Spinlock确保了任务可以独占CPU完成一些操作。
其他CPU上的中断和任务不会受到干扰。
确定性中断级spinlock的API全部包含在spinLockLib中，API如表1所示。
表1确定性中断级spinlock的API
API
描述
voidspinLockIsrInit（
spinlockIsr_tRpLock,/RpointertoISR-callablespinlockR/
intflags/RspinlockattributesR/
）
初始化确定性中断级spinlock
voidspinLockIsrTake（
spinlockIsr_tRpLock/RpointertoISR-callablespinlockR/
获取确定性中断级spinlock
voidspinLockIsrGive（
释放确定性中断级spinlock
非确定性中断级spinlock
非确定性中断级spinlock提供了更高的性能，但是当多个CPU试图同时申请一个spinlock时，它并不保证公平性和确定性。
即非确定性中断级spinlock并不一定会把spinlock分配给第一个申请者。
它的优势在于中断响应时间较短，即当CPU等待获取spinlock的时候，中断不会被屏蔽。
API如表2所示。
表2非确定性中断级spinlock的API
voidspinLockIsrNdInit（
spinlockIsrNd_tRspin/RpointertospinlockR/
初始化非确定性中断级spinlock
intspinLockIsrNdTake（
获取非确定性中断级spinlock
voidspinLockIsrNdGive（
spinlockIsrNd_tRspin,
intkeR/RreturnvalueofspinLockIsrNdTakeR/
释放非确定性中断级spinlock
（2）任务级spinlock
任务级spinlock（中断不可调用该spinlock）可以关掉本地CPU的任务切换机制，使持有spinlock的任务独占CPU完成一些操作。
同时，它不会对其他CPU上的任务调度机制产生影响。
【注意】SMP中任务级spinlock等同于UP编程中的taskLock（）和taskUnlock（）
API如表3所示。
表3任务级spinlock的API
voidspinLockTaskInit（
spinlockTask_tRpLock,/Rpointertotask-onlRspinlockR/
初始化任务级spinlock
voidspinLockTaskTake（
spinlockTask_tRpLock/Rpointertotask-onlRspinlockR/
获取任务级spinlock
voidspinLockTaskGive（
释放任务级spinlock
（3）Spinlock的使用注意事项
由于SMP系统允许任务的同时运行，因此在使用spinlock的时候需要注意以下事宜：
a.spinlock最好用于短时间占用的情况；
b.任务（或中断）一次只能申请一个spinlock。
当一个已申请了spinlock的实体再一次申请了另一个spinlock时，很有可能会造成死锁；
c.任务（或中断）不能申请它已经持有的spinlock。
这可能会造成死锁；
d.持有spinlock的任务（或中断）不能再调用一些特殊函数（尤其是内核函数），由于这些特殊函数本身持有spinlock，这种操作可能会导致死锁。
（4）Spinlock的调式版本
Spinlock的调试版本可以运行那些开发中使用了spinlock的程序对spinlock的情况进行调试。
这需要添加INCLUDE_SPINLOCK_DEBUG组件。
如果添加了INCLUDE_EDR_ERRLOG组件，则当由使用spinlock造成的系统异常进而重启后，相关信息会被记录下来。
会产生错误信息的情况如表4所示。
表4使用spinlock会出现错误的情况
使用的API
错误信息
spinLockTaskTake（）
一个中断任务使用了该API
申请了已持有的spinlock
嵌套申请spinlock
spinLockTaskGive（）
试图释放一个没有申请过的spinlock
spinLockIsrTake（）
spinLockIsrGive（）
（5）Spinlock中限制使用的系统API
当任务（或中断）持有spinlock时，一些系统API不能被调用（具体原因见Spinlock的使用注意事项）。
这样做为的是防止持有spinlock的任务或ISR进入内核临界区，这可能会导致死锁的发生。
这种限制对于intCpuLock（）也是适用的。
这是因为有些内核API需要中断操作。
这些限制看起来好像使spinlock的运用受到影响，但是它们却是有必要的。
Spinlock适用于进程间很快的同步/互斥情况。
若将spinlock用在会进行大量操作——包括内核API调用等——的情况时，则会导致SMP性能的下降。
这是因为当使用spinlock时，任务抢占机制以及中断都将会被关闭。
图7列出了在使用spinlock和CPUlock时限制使用的系统API。
图7spinlock中限制使用的系统API
8.CPU-specific互斥机制
VRWorksSMP提供了一种基于CPU-specific的互斥机制，它可以严格限定互斥操作的范围在调用该操作的CPU（本地CPU）上执行。
通过设计CPU-specific使得将UP代码转到SMP系统上变得容易。
（1）中断级CPU-specific
中断级CPU-specific可以关闭本地CPU上的中断。
例如，当任务A在CPU-0上运行一个本地CPU的中断锁操作，则该CPU将不再允许其他中断执行，直到任务A释放这个锁。
SMP系统中其他的CPU将不会受到影响。
对于那些想要使用CPU-specific互斥机制的任务和ISR，必须使用CPU-AffinitR将它们指定运行在本地CPU上，只有这样CPU-specific互斥才会有意义。
与spinlock一样，在执行中断锁的任务中有些系统API不能被使用（详见图7）。
中断级CPU-specific的API如表5所示。
【注意】在UP中，它们默认的操作与intLock（）和intUnlock（）一样。
表5中断级CPU-specific互斥API
intintCpuLock（void）;
当CPU-0上的任务或ISR调用了该函数后，则禁止在CPU-0上的一切中断调用。
voidintCpuUnlock（
intlockKeR/Rlock-outkeRreturnedbRprecedingintCpuLock（）R/
恢复在CPU-0上的中断调用。
（2）任务级CPU-specific
任务级CPU-specific可以关闭调用该API的CPU上的任务抢占机制。
例如，当运行在CPU-0上的任务A调用了任务锁操作，则该CPU上将禁止任务切换，即该CPU上其他任务将不能得到运行，直到任务A释放了这个锁或执行了一个阻塞操作。
【注意】调用该操作的任务是不能被移交到另外的CPU上运行的，直到这个锁被释放。
任务级CPU-specific的API如表6所示。
【注意】在UP编程中，他们默认的操作与taskLock（）和taskUnlock（）类似。
表6任务级CPU-specific互斥API
taskCpuLoc
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