革新科技带您解密TI、Xilinx异构多核SoC处理器核间通讯

1、什么是异构多核SoC处理器
顾名思义，单颗芯片内集成多个不同架构处理单元核心的SoC处理器，我们称之为异构多核SoC处理器，比如： TI的OMAP-L138（DSP C674x + ARM9）、AM5708（DSP C66x + ARM Cortex-A15）SoC处理器等；
Xilinx的ZYNQ（ARM Cortex-A9 + Artix-7/Kintex-7可编程逻辑架构）SoC处理器等。

2、异构多核SoC处理器有什么优势
相对于单核处理器，异构多核SoC处理器能带来性能、成本、功耗、尺寸等更多的组合优势，不同架构间各司其职，各自发挥原本架构独特的优势。比如：
ARM廉价、耗能低，擅长进行控制操作和多媒体显示；
DSP天生为数字信号处理而生，擅长进行专用算法运算；
FPGA擅长高速、多通道数据采集和信号传输；
同时，异构多核SoC处理器核间通过各种通信方式，快速进行数据的传输和共享，可完美实现1+1>2的效果。

3、常见核间通信方式
要充分发挥异构多核SoC处理器的性能，除开半导体厂家对芯片的硬件封装外，关键点还在于核间通信的软硬件机制设计，下面介绍几种在TI、Xilinx异构多核SoC处理器上常见的核间通信方式。
01 OpenCL
OpenCL（全称Open Computing Language，开放运算语言）是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准，也是一个统一的编程环境，便于软件开发人员编写高效轻便的代码，而且广泛适用于多核心处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、Cell类型架构以及数字信号处理器(DSP)等其他并行处理器，在能源电力、轨道交通、工业自动化、医疗、通信、军工等应用领域都有广阔的发展前景。
在异构多核SoC处理器上，OpenCL将其中一个可编程内核视为主机，将其他内核视为设备。在主机上运行的应用程序（即主机程序）管理设备上的代码（内核）的执行，并且还负责使数据可用于设备。设备由一个或多个计算单元组成。比如，在TI AM5728异构多核SoC处理器中，每个C66x DSP都是一个计算单元。
OpenCL运行时，一般包含如下两个组件：
主机程序创建和提交内核以供执行的API。
用于表达内核的跨平台语言。
参考开发资料：
http://downloads.ti.com/mctools/esd/docs/opencl
https://training.ti.com/sites/default/files/docs/Introduction_to_OpenCL_slides.pdf
02 DCE
DCE（Distributed Codec Engine）分布式编解码器引擎，是TI基于AM57x异构多核SoC处理器的视频处理框架，提供的完整Gstreamer插件框架。
DCE由三部分硬件模块组成，分别为MPU核心、IPU2核心以及IVA-HD硬件加速器，其主要功能如下：
MPU：基于ARM用户空间Gstreamer应用，控制libdce模块。libdce模块在ARM RPMSG框架上实现与IPU2的IPC通信。
IPU2：构建DCE server，基于RPMSG框架与ARM实现通信，使用编解码器引擎和帧组件控制IVA-HD加速器。
IVA-HD：实现视频/图像编解码的硬件加速器。
03 IPC
IPC（Inter-Processor Communication）是一组旨在促进进程间通信的模块。通信包括消息传递、流和链接列表。这些模块提供的服务和功能可用于异构多核SoC处理器中ARM和DSP核心之间的通信。
ZYNQ有三种AXI总线：
(A) AXI4：（For high-performance memory-mapped requirements.）主要面向高性能地址映射通信的需求，是面向地址映射的接口，允许最大256轮的数据突发传输。
(B) AXI4-Lite：（For simple, low-throughput memory-mapped communication.）是一个轻量级的地址映射单次传输接口，占用很少的逻辑单元。
(C) AXI4-Stream：（For high-speed streaming data.）
面向高速流数据传输,去掉了地址项，允许无限制的数据突发传输规模。
AXI协议的制定是要建立在总线构成之上的。因此，AXI4、AXI4-Lite、AXI4-Stream都是AXI4协议。AXI总线协议的两端可以分为分为主（master）、从（slave）两端，他们之间一般需要通过一个AXI Interconnect相连接，作用是提供将一个或多个AXI主设备连接到一个或多个AXI从设备的一种交换机制。
AXI Interconnect的主要作用是：当存在多个主机以及从机器时，AXIInterconnect负责将它们联系并管理起来。由于AXI支持乱序发送，乱序发送需要主机的ID信号支撑，而不同的主机发送的ID可能相同，而AXI Interconnect解决了这一问题，他会对不同主机的ID信号进行处理让ID变得唯一。
AXI协议将读地址通道、读数据通道、写地址通道、写数据通道、写响应通道分开，各自通道都有自己的握手协议。每个通道互不干扰却又彼此依赖。这是AXI高效的原因之一。

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