飞凌嵌入式T113-i开发板RISC-V核的实时应用方案

随着市场对嵌入式设备的功能需求越来越高，集成了嵌入式处理器和实时处理器的主控方案日益增多，以便更好地平衡性能与效率——实时核负责高实时性任务，A核处理复杂任务，两核间需实时交换数据。然而在数据传输方面，传统串行接口尽管成本较低，但其传输速率相对较慢；反之，并行接口虽然传输速度快，但成本却比较高。因此，单芯片多核异构处理器就成为能够满足需求的理想选择。
RISC-V作为一种开源指令集架构，以其简洁性、一致性、可扩展性以及高编译效率，为实时性处理场景提供了强大的支持。将A核与RISC-V核结合作为单芯多核异构方案，可以有效利用RISC-V的这些优势，实现高性能与高实时性的有效结合。

本文将以OK113i-S开发板为例，为大家介绍RISC-V核的资源和应用案例。
1.OK113i-S开发板的RISC-V核
飞凌嵌入式OK113i-S开发板是一款基于全志T113-i工业级处理器开发的高性价比开发板，集成了双核Cortex-A7 CPU、64位玄铁C906 RISC-V和DSP，能够提供高效的计算能力和性价比。尤为值得一提的是，其内置的RISC-V核心作为一款超高能效的实时处理器，主频峰值可达1008MHz，并标准配备了内存管理单元，能够流畅运行RTOS系统或裸机程序，进一步提升了应用灵活性。
1.1 RISC-V核的特性
(1) 最高主频可达1008MHz；
(2) 32KB指令缓存；
(3) 32KB数据缓存；
(4) 可运行于超大容量的DDR
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1.2 RISC-V核的接口资源

2.应用实例
2.1 SPI数据收发
本案例为SPI回环测试，即将SPI的MOSI和MISO两个引脚短接进行数据收发。
(1) 功能介绍

(2) 效果实现
SPI发送和接收的FIFO均为64个，在底层hal库程序中，当数据长度小于64字节时，采用中断方式，当FIFO大于等于64字节时，采用DMA模式。
中断方式传输效果：

DMA方式传输效果：

在DMA传输方式下，SPI速率默认为5Mbit/s，案例中平均传输速率为580.43KB/s，即4.6Mbit/s，接近理论值。
2.2 核间通信RPbuf
RPbuf是全志基于RPMsg所实现一套高带宽数据传输的框架。RPMsg是基于共享内存和Msgbox中断实现的一套核间通信机制，RPMsg除去头部的16字节数据外，单次最多可发送496字节有效数据。因此，全志基于RPMsg实现了一套大数据量传输机制RPbuf，实现原理是在DDR中放置传输的数据，通过RPMsg传输DDR的地址和大小。我们以单次32KB数据传输为例进行展示。
(1) 功能介绍

• VirtIO：一套虚拟化数据传输框架，用于管理共享内存VRING；
• VRING：由VirtIO管理的一个环形共享内存；
• Msgbox：全志提供的一套消息中断机制，已与linux内核中原生的mailbox框架适配；
• MSGBOX_IRQ：Msgbox中断；
• RPMsg：基于VirtIO管理的共享内存所实现一套少量数据传输的框架；
• RPbuf：全志基于RPMsg所实现一套大量数据传输的框架。
由上图可知（以RISC-V核向A核发送数据为例），RPbuf首先将数据放置在DDR中，再将缓冲区首地址和大小通过RPMsg发送至A核（RPMsg将缓冲区首地址和大小放入VRING，然后请求Msgbox中断，A核收到这个中断后，在回调函数中使用RPMsg接口函数来从VRING中取出cmd）。
随后A核从cmd handler中获取缓冲区内的地址和长度，最后在应用层读取数据，从而完成双核间的数据传输。
(2) 效果展示

由上图测试效果可以看到，带宽大约为27~30Mbps。