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STM32MP1 处理器下实现 RT-Thread 和 Linux 同时运行

发布于 2021-10-29 09:48:04 浏览：4362 订阅该版

[tocm]

## 架构说明

本项目以 STM32MP157A-DK1 为硬件平台。作为能够支持轻松开发更广泛应用的通用微处理器产品线，STM32MP157 系列基于双核Cortex-A7 与 Cortex-M4 组成的异构架构，加强了支持多应用和灵活应用的能力，可以随时实现最佳性能和功率数据。Cortex-A7 内核提供对开源操作系统（Linux/Android）的支持，而 Cortex-M4 内核可以利用 STM32 MCU 的生态系统。本篇文章将介绍如何在 STM32MP157  上运行 RT-Thread OS。

![img](http://file.elecfans.com/web1/M00/C0/52/pIYBAF7-guWAQNrjAAHkjYGfL5Y694.png)

### 启动方式

**Forced USB boot For flashing** :  通过 USB 烧写固件。在此模式下，可以使用 STM32Cube Programmer 工具烧写 A7 核固件。

**Engineer Mode**: 一般用于 M4 核的调试。由于 STM32MP1 没有 Flash，所以代码会被烧写到 Cortex-M4 核有访问权限的 RAM 里面，因此掉电程序会丢失。

**SD card on SDMMC1** : 从 SD card 启动。

### 工作模式

STM32MP1 有两种工作模式

- 工程模式（Engineer Mode），系统上电后，不会启动 A7 核。M4 核此时可以像平常 STM32 的开发流程，借助于调试工具进行调试。
- 产品模式（Production Mode)，系统上电后，会先启动 A7 核，然后由 A7 核来启动 M4 核。

## OpenAMP

开源的非对称多处理框架（[OpenAMP](https://github.com/OpenAMP/open-amp)）为开发 AMP 系统提供了必要的 API 函数。OpenAMP 是 Xilinx 和M entor Graphic 于2014年发起的一个开源项目，旨在提供一份协处理器的标准通信框架。OpenAMP 提供用于开发 AMP 系统软件应用程序所需的软件组件，它允许操作系统在各种复杂的同构和异构结构中交互，并允许不对称的多处理应用程序利用多核配置提供并行性。在 STM32MP1 系列中，A7 和 M4 两个核心的通信是通过底层的 IPCC 控制器进行，软件层使用 RPMsg 框架与用户进行交互。

### IPCC

处理器间通信控制器 (IPCC) 用于两个处理器之间的数据交换。 它提供了一种非阻塞的信号机制，以原子方式发布和检索信息。IPCC 外设提供了硬件支持来管理两个处理器之间的通信，每个处理器都拥有特定的寄存器库和中断。IPCC 为内核间的通信提供了硬件基础。

STM32MP1 使用 IPCC 外设进行处理器间通信，配置如下：

1. IPCC 处理器 1 接口被分配到 ARM Cortex-A7 不安全上下文，由 Linux 邮箱框架进行处理
2. IPCC 处理器 2 接口被分配到 ARM Cortex-M4 上下文，由 IPCC HAL 驱动程序进行处理

![image-20211025103128004.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/29c60cc241fa6b716085a4814f50ed91.png.webp)

### REMOTEPROC

远程处理器框架（remoteproc）的主要作用作用是对远程从处理器进行生命周期的管理，启动和停止远程处理器。在 STM32MP157 中，当系统启动时，A7 核会被先启动，然后借助于 Linux RemoteProc 框架加载 M4 固件，启动 M4 内核代码。

![image-20211025114115015.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/9f1e509973a429281da69fc31f728165.png.webp)

### RPMsg

Remoteproc 框架实现了对远程处理器生命周期的管理，RPMsg 框架则实现了对远程处理器的信息传递。

Linux RPMsg （Remote Processor Messaging）框架是在 virtio 框架上实现的信息传递机制，以便与远程处理器进行通信，它基于 virtio vrings 通过共享内存发送、接收来自远程处理器的消息。

vrings 是单向的，一个 vring 专门用于发送消息到远程处理器，另外一个 vring 用于接收来自远程服务器的消息。消息服务基于共享内存，共享内存（shared memory）是在两个处理器都具有访问权限的内存空间中创建的；信号通知（mailbox）服务基于内部 IPCC。

![image-20211025104603949.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/b83e131de9235d123b329f6829af3e4b.png.webp)

## 编译&运行

### 生成 ELF 文件

1. 在 **rt-thread/bsp/stm32/stm32mp157a-st-discovery** 目录下打开 env 工具；

2. 输入 `menuconfig`，打开 OpenAMP:

![image-20211025115005598.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/3b427d324f0dbe874bc77020af96055f.png)

3. 配置串口。由于官方默认的程序中 A7 核（OpenSTLinux）需要使用串口 4 ，所以这里修改 M4 核（RT-Thread）的调试串口为 UART3：

![image-20211025115142046.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/49ed1e854b4187a917bdcd9550f090a7.png)

![image-20211025115212373.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/5d4e7848925d110471bb55a9b4e801d2.png)

4. 保存配置，输入命令 `scons --target=iar` 生成 IAR 工程。

![image-20211025115504726.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/ab7bf25f8eabe56ec190d3d0d9075de6.png)

5. 打开 IAR 工程。编译，生成 ELF 文件：

![image-20211025115637217.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/4e2f14b4ef8906fe042e135c951c2cf4.png)

6. KEIL 的操作和上面 IAR 的操作是一样的，只不过 KEIL 生成的是 axf 文件，一样可以正常使用。

### 加载 ELF 文件

1. 设置 **Boot mode** 为 **SD card on SDMMC1** 模式，复位开发板:

2. 等待系统初始化完成，输入命令`ifconfig`获取开发板 IP 地址；

3. 使用 ssh 工具连接开发板：

![image-20211025141818677.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/d300702c9ae68517e4f6369556492ed7.png.webp)

4. 上传 ELF 文件：

![image-20211025141944261.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/d7b150ecc57f49caacb21663ff4e0f4f.png)

5. 连接串口3，作为 M4 核（RT-Thread OS）调试串口：

![image-20211025142443929.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/ffed89637fde9b5e62599e0071cb1362.png.webp)

6. 使用 Linux Remoteproc 框架加载 Cortex-M4 固件，启动 Cortex-M4 内核：

```
  mv /tmp/RT-Thread-STM32MP1_CM4.elf /lib/firmware/
  echo RT-Thread-STM32MP1_CM4.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
  echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state
  ```

![image-20211025142914260.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/f1e875ce706bcde180b3ae2cae5b2be0.png)

![image-20211025142931429.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/3decb450f0cc6220aa29f8fe63cbb5ab.png)

### 启动 OpenAMP

1. 在 RT-Thread 终端输入命令 `console set openamp` 切换 RT-Thread console 设备为 openamp:

![image-20211025143212849.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/82b11961394baf5941a9de384069714e.png)

2. 在 Linux 终端输入以下命令：

```
   stty -onlcr -echo -F /dev/ttyRPMSG0
   cat /dev/ttyRPMSG0 &
   ```

3. 在 Linux 终输入命令进行验证：

![image-20211025143401600.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/81864d11e618863b01d34ffa65fe1760.png)

4. 完整操作流程

![MP1.gif](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211028/f0dfd9ed8a52d19d5188af0196823cdf.gif)

## 结语

STM32MP1 作为 ST 推出的第一颗支持 Linux 系统的 MPU，依托于 STM32 成熟的生态系统（STM32CubeMX、STM32Cube Programmer），用户可以快速的进行开发，验证。非对称多处理器架构虽然目前在嵌入式领域还不是主流，但未来肯定是趋势。通过 Linux 与 RT-Thread 操作系统的结合，可以很轻松的开发多场景应用，如工业、家居、消费品、物联网、卫生和健康等领域。期待未来 RT-Smart 和 RT-Thread 能同时运行在非对称多处理器上。

**项目地址**：[rt-thread/bsp/stm32/stm32mp157a-st-discovery at master · RT-Thread/rt-thread (github.com)](https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/master/bsp/stm32/stm32mp157a-st-discovery)