基于Tricore架构的RTThread多核实现

在《基于Hightec+TC375TP的RT-Thread移植详解》一文中，基于Tricore实现了单核RTThread的移植。最近，花了些时间完成遗留的任务：基于Tricore的多核移植。目前，多数项目中的单片机都具备多核，多核单片机似乎已经是项目的标配。如果搞汽车电子，不理解OS（Operating System），似乎感觉少了什么，就好像吃面不吃蒜的感觉。对于多核，又分为同构（homogeneous）多核和异构（heterogeneous）多核。

• 同构（homogeneous）多核：单片机中，多个Core的结构相同，各个Core用的指令集相同。
• 异构（heterogeneous）多核：单片机中，多个Core的结构不同，不同的Core架构，使用不同的指令集。

本文基于TC397+Tasking实现SMP（Symmetric Multi-Processing，对称多处理），这里的多核属于同构多核。相对于SMP，AMP（Asymmetric Multi-Processing，非对称多处理）主要用于异构多核处理。

本文，主要记录RTThread多核实现过程中的"雷区"。

1、RTThread多核实现细节

（一）各Core实现硬件初始化

由于各个Core所使用的硬件资源不同，因此，各个Core在初始化时，需要实现对应的外设。eg：提供心跳的系统定时器（System Timer），本文Core1的外设初始化在Core1_init()中完成。从核除了初始化自身的硬件以外，还需要调用rt_system_scheduler_start（）接口启动调度表，代码示意如下所示：

提示：上述代码中，从核（Core1）初始化了一个线程。当然，在主核（Core0）完成所有核的线程初始化也可以。

（二）任务初始化

在Tricore架构中，虽然不同Core使用的CSA（Context Save Areas）不同，但是，线程Thread（等同Task）的初始化可以在主核中完成，之后通过rt_thread_control()接口，为线程静态分配控制的Core，eg：分配Core1调度led_thread_thread线程，代码示意如下：

（三）线程间任务切换

如果不是systick触发的线程切换，即：由于线程状态挂起触发的线程切换时，需要判断线程是否上锁，如果已经解锁，则需要解锁之后在进行线程切换，避免死锁。多核rt_hw_context_switch()的接口实现如下所示：

（四）中断切换标志置位时机

每次程序进入系统心跳中断服务例程时，需要先置位中断切换标志Flag，完成系统心跳的累加后复位。注意：不同于单核处理，多核处理中，此处还需要对中断切换进行处理，即：判断程序是否超时，如果超时，则对应的pcpu->irq_switch_flag置位，需要进行中断线程切换处理。代码实现如下所示：

（五）线程上锁/解锁操作

上锁处理，对应代码实现如下所示：

解释：__cmpswapw((address), ((unsigned long)value), (condition) )，上锁处理时，如果address处的值==condition，则将value值赋写到address位置。在Tricore架构中，__cmpswapw操作是原子操作，可以避免多核的并行访问。

解锁处理，对应的代码实现如下所示：

注意：上锁/解锁必须成对出现。如上代码中，上锁/解锁处理中都有一个while操作，这也是为什么过多的spinlock会影响CPU效率的原因。

（六）主核（Core0）与从核（Core1）同步时机

主核（Core0）与从核（Core1）同步时机可以选择在各自硬件初始化完成后进行，否则，从核可能会访问到空地址，进而进入Trap。完成同步后，主/从核进行线程操作，代码示意如下：

（七）空闲线程时间片设置

本文修改了空闲线程的默认时间片，由默认的32tick修改为10个tick，目的：保证调度的准确性。为什么这样改？暂时未细查，留给未来。

（八）确认线程是否在目标Core运行

如果想确认线程是否在目标Core运行，在目标线程设置一个断点（Breakpoint）即可，如下所示：

2、RTThread任务调度

本文Core0创建了一个主线程main_thread（周期：50ms），一个空闲线程idle[0]；Core1创建了两个线程led_thread_thread（周期：20ms）、core1_thread_1（周期：30ms），以及一个空闲线程idle[1]。

（一）main_thread运行周期

（二）led_thread_thread运行周期

（三）core1_thread_1运行周期

提示：本文所有线程，静态创建。

2、源码链接

多核与单核的切换，在rtconfig.h文件中，使能或者关闭宏RT_USING_SMP即可打开/禁用SMP。

本文的RTThread中，启用了2个Core（主核Core0，一个从核Core1）,如果需要启用更多的从核，可以在本文的基础上打开其余从核，其余从核的处理与Core1类似。

受限于时间和我的水平，本文在零零碎碎的时间里整理完，实现未必最优。而且，我并未严格的按照RTThread的架构处理，写的稍微有些随心所欲。大家可以基于我的工程进行调试和二次开发，以便于达到理解OS内核、任务切换等相关知识。

源码链接地址如下：

https://github.com/Kaixinguo2021/Tasking_TC397_MultiCore_RTThread.git