痞子衡嵌入式：大话双核i.MXRT1170之Cortex-M7与Cortex-M4互相激活之道

2020 年 4 月 27 日
笔记
31.单片机i.MXRT-CM7

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是恩智浦i.MXRT1170上Cortex-M7与Cortex-M4内核互相激活的方法。

　　痞子衡最近在深耕i.MXRT1170这颗划时代的MCU，已经写了不少篇相关技术文章，涉及整体特点、Raw NAND启动、FlexRAM模块、ECC特性等，文章写得越多越发觉得i.MXRT1170是座宝矿，值得大家去仔细探索。话不多说，咱们继续挖矿吧，今天痞子衡为大家介绍i.MXRT1170双核间互相激活的方法。

一、双核功能简介

　　双核是i.MXRT1170除了1GHz主频之外的第二个显著特点，i.MX RT系列也是从RT1170开始首次引入了双核架构。i.MXRT1170包含了一个Cortex-M7内核（1GHz）以及一个Cortex-M4内核（400MHz），超强的Cortex-M7内核专注于音视频识别与处理、千兆以太网通讯控制等复杂任务上；低功耗Cortex-M4内核则做一些相对简单的键盘响应、传感器采集、电机控制等任务，即如下图所示：

二、双核激活方法

　　i.MXRT1170虽然是双核（Cortex-M7与Cortex-M4），但这两个核并没有确定的主从关系，i.MXRT1170系统设计里每个核都既可以当主核也可以当从核（默认CM7是主核，CM4是从核），用户设置了主从关系之后，芯片上电后先从主核启动，然后由主核来激活从核启动。

2.1 选定主核

　　主核是在eFuse中选定的，fusemap中0x960[13:12]对应的是BT_CORE_CTRL和BT_CORE_SEL bit，默认两个bit都是0，即从CM7是主核，上电CM7启动，如果需要更改主核为CM4，则需要烧写eFuse。

　　这里顺便插一句，我们知道芯片上电都是先执行BootROM代码，既然CM7和CM4都可以当主核，那么这个BootROM代码需要既可以在CM4下执行，也可以在CM7下执行。这里借助的是Cortex-M处理器向下兼容、软件二进制向上兼容的特性，BootROM代码使用Cortex-M4指令集去编译即可。

2.2 加载从核App（可选）

　　选定了主核之后，主核App由BootROM加载执行，我们需要在主核App里添加代码来启动从核。启动从核的第一步是加载从核App，App从加载执行位置上可分为两种，一种是在Flash里原地执行，另一个是拷贝到RAM里执行，只有后者才需要先加载再执行。
　　关于从核App执行位置，这里有必要好好聊一下，下面是CM7和CM4下各自系统内存映射表，从表里可以看到除了各自内核TCM空间仅对自己可见外，其余地址空间对两个核均是可见的（并且映射地址也是相同的），所以如果加载的从核App是在TCM里执行的，主核需要将从核App加载到从核TCM对应的OCRAM空间（CM4当从核时其TCM对应的是OCRAM(M4)空间，CM7当从核时其TCM对应的是OCRAM(M7)空间）。

　　下面是加载从核App示例代码，appBuffer是从核App Image在外部Flash里存放的首地址，vectorAddr是加载的目标RAM首地址。为了防止Cache干扰后续从核取复位向量执行，主核在加载App前后最好均要清一下DCache。

void copy_app_image(uint8_t *appBuffer, uint32_t appLength, uint32_t vectorAddr)
{
#if defined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U)
    SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr((void *)vectorAddr, appLength);
#endif

    /* Copy app image to dest addrress. */
    memcpy((void *)vectorAddr, appBuffer, appLength);

#if defined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U)
    SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr((void *)vectorAddr, appLength);
#endif
}

2.3 指定从核初始中断向量表地址

　　加载从核App完成之后，接下来便是设置从核启动所需的中断向量表位置，从核需要从中断向量表里取出初始栈地址(SP)和复位向量(PC)来执行。
　　CM7启动初始向量表地址设置在IOMUXC_LPSR_GPR26里（对应SCB->VTOR[31:7]），CM4启动初始向量表地址设置在IOMUXC_LPSR_GPR0/1里（对应SCB->VTOR[31:3]）。

Note: A0版本芯片CM7启动初始向量表设置在IOMUXC_GPR19里；B0版本芯片CM7启动初始向量表设置改到了IOMUXC_LPSR_GPR26里。

　　下面是设置从核启动初始中断向量表地址的示例代码：

void set_cm4_vector(uint32_t vectorAddr)
{
    IOMUXC_LPSR_GPR->GPR0 = IOMUXC_LPSR_GPR_GPR0_CM4_INIT_VTOR_LOW(vectorAddr);
    IOMUXC_LPSR_GPR->GPR1 = IOMUXC_LPSR_GPR_GPR1_CM4_INIT_VTOR_HIGH(vectorAddr >> 16);
}

void set_cm7_vector(uint32_t vectorAddr)
{
    IOMUXC_LPSR_GPR->GPR26 = IOMUXC_LPSR_GPR_GPR26_CM7_INIT_VTOR(vectorAddr);
}

2.4 激活从核

　　此时从核已经摩拳擦掌，等待来自主核的最后激活指令了。激活控制是在SRC->SCR寄存器里实现的，将BT_RELEASE_Mx位置1即可启动CMx从核。这里需要注意一点，如果是在调试，从核有可能已经被调试器的脚本激活过了，那么此时仅需要reset一下从核即可。

　　下面是激活从核启动的示例代码：

void launch_cm4_core(void)
{
    /* If CM4 is already running (released by debugger), then reset the CM4.
       If CM4 is not running, release it. */
    if ((SRC->SCR & SRC_SCR_BT_RELEASE_M4_MASK) != 0)
    {
        SRC->CTRL_M4CORE |= SRC_SLICE_CTRL_SW_RESET_MASK;
        while ((SRC->STAT_M4CORE & SRC_SLICE_STAT_UNDER_RST_MASK) != 0UL);
    }
    else
    {
        SRC->SCR |= SRC_SCR_BT_RELEASE_M4_MASK;
    }
}

void launch_cm7_core(void)
{
    /* If CM7 is already running (released by debugger), then reset the CM7.
       If CM7 is not running, release it. */
    if ((SRC->SCR & SRC_SCR_BT_RELEASE_M7_MASK) != 0)
    {
        SRC->CTRL_M7CORE |= SRC_SLICE_CTRL_SW_RESET_MASK;
        while ((SRC->STAT_M7CORE & SRC_SLICE_STAT_UNDER_RST_MASK) != 0UL);
    }
    else
    {
        SRC->SCR |= SRC_SCR_BT_RELEASE_M7_MASK;
    }
}

三、一个典型示例

　　最后给一个完整示例，主核是CM7，从核是CM4，从核App代码存储在0x60010000地址，App长度是32KB，从核APP是从ITCM起始地址（0x1FFE0000）开始链接的。CM7激活CM4完整代码如下：

#define CM4_BUF_START 0x60010000U
#define CM4_BUF_LEN   0x8000U
#define CM4_CPY_START 0x20200000U
#define CM4_APP_START 0x1FFE0000U

int main(void)
{
    copy_app_image(CM4_BUF_START, CM4_BUF_LEN, CM4_CPY_START);
    set_cm4_vector(CM4_APP_START);
    launch_cm4_core();

    while (1)
    {
    }
}

　　至此，恩智浦i.MXRT1170上Cortex-M7与Cortex-M4内核互相激活的方法痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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