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处理器间调用 (IPC)

:link_to_translation:`en:[English]`

Note

IPC 指 处理器间调用 (Inter-Processor Call),而不是其他操作系统中所指的 进程间通信 (Inter-Process Communication)。

概述

由于 {IDF_TARGET_NAME} 的双核特性,在某些情况下,某个回调必须在特定的内核上下文中运行。例如:

  • 为特定内核的中断源分配 ISR,或释放特定内核的中断源时
  • 在特定芯片(如 ESP32)上访问某个内核独有的内存,如 RTC Fast Memory 时
  • 读取另一个内核的寄存器或状态时

IPC 功能允许一个特定的内核(下文称“调用内核”)触发另一个内核(下文称“目标内核”)的回调函数执行,并允许目标内核在任务上下文或中断上下文中执行回调函数。在不同的上下文中,回调函数的实现限制有所不同。

任务上下文中的 IPC

在应用程序启动时,IPC 功能为每个内核创建一个 IPC 任务,从而在任务上下文中执行回调。当调用内核需要在目标内核中执行回调时,回调将在目标内核的 IPC 任务的上下文中执行。

在任务上下文中使用 IPC 功能时,需考虑以下几点:

  • IPC 回调应该尽可能简短。 IPC 回调决不能阻塞或让出

  • IPC 任务是以尽可能高的优先级创建的(即 configMAX_PRIORITIES - 1)。

  • 如果回调较为复杂,用户可能需要通过 :ref:`CONFIG_ESP_IPC_TASK_STACK_SIZE` 来配置 IPC 任务的堆栈大小。

  • IPC 功能受内部互斥锁保护。因此,如果同时收到来自两个或多个调用内核的 IPC 请求,将按照“先到先得”的原则按顺序处理。

API 用法

任务上下文中的 IPC 回调具有以下限制:

  • 回调类型必须是 :cpp:type:`esp_ipc_func_t`
  • 回调 决不能阻塞或让出,以免导致目标内核的 IPC 任务阻塞或让出。
  • 回调必须避免改变 IPC 任务的任何状态,例如,不能调用 vTaskPrioritySet(NULL, x)

IPC 功能提供了以下 API,用于在目标内核的任务上下文中执行回调。这两个 API 允许调用内核在回调执行完成前处于阻塞,或者在回调开始执行后立即返回。

  • :cpp:func:`esp_ipc_call` 会在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核的 IPC 任务 开始 执行回调前,此函数会一直处于阻塞状态。
  • :cpp:func:`esp_ipc_call_blocking` 会在目标内核上触发一个 IPC。在目标内核的 IPC 任务 完成 回调执行前,此函数会一直处于阻塞状态。

中断上下文中的 IPC

在某些情况下,我们需要快速获取另一个内核的状态,如在核心转储、GDB Stub、各种单元测试和绕过硬件错误的过程中。IPC ISR 功能会在每个内核上保留一个高优先级中断供 IPC 使用,从而在高优先级中断上下文中执行回调。当调用内核需要在目标内核上执行回调时,该回调将在目标内核的高优先级中断的上下文中执行。

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA

    在这种情况下,IPC ISR 功能支持在 :doc:`高优先级中断 </api-guides/hlinterrupts>` 上下文中执行回调。

在高优先级中断上下文中使用 IPC 时,需要考虑以下几点:

.. list::

    :CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA: - 由于回调是在高优先级中断上下文中执行的,因此,回调必须完全用汇编语言编写。如需了解更多关于用汇编语言编写回调的内容,请参阅下文的 API 使用介绍。
    - 保留的高优先级中断的优先级取决于 :ref:`CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL` 选项。

当回调执行时,需考虑以下几点:

.. list::

    - 调用内核会禁用 3 级及以下优先级的中断。
    :CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA: - 虽然保留中断的优先级取决于 :ref:`CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL`,但是在执行 IPC ISR 回调期间,无论 :ref:`CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL` 如何设置,目标内核都会禁用 5 级及以下优先级的中断。
    :CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV: - 虽然保留中断的优先级取决于 :ref:`CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL`,但是在执行 IPC ISR 回调期间,目标内核会禁用所有的中断。

API 用法

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA

    高优先级中断的 IPC 回调具有以下限制:

    - 回调必须是 :cpp:type:`esp_ipc_isr_func_t` 类型,但必须完全用汇编语言实现。
    - 回调通过 ``CALLX0`` 指令调用,同时禁用寄存器窗口,因此,该回调:
        - 不得调用任何与寄存器窗口相关的指令,例如 ``entry`` 和 ``retw``。
        - 由于禁用了寄存器窗口,不得调用其他 C 函数。
    - 回调应放在 4 字节对齐的 IRAM 地址上。
    - 在调用或返回回调后,寄存器 ``a2``,``a3``,和 ``a4`` 会被自动保存或恢复,从而在回调中使用。回调 **只能使用这些寄存器**。
        - ``a2`` 包含回调的 ``void *arg``。
        - ``a3/a4`` 可以作为临时寄存器使用。

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV

    高优先级中断 IPC 回调函数的类型必须是 :cpp:type:`esp_ipc_isr_func_t`,其限制条件与常规中断处理程序相同。回调函数可以用 C 语言编写。

IPC 功能提供了下列 API,以在高优先级中断的上下文中执行回调:

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA

    以下示例代码用汇编语言编写了一个高优先级中断 IPC 回调,该回调的作用为读取目标内核的周期计数:

    .. code-block:: asm

        /* esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu(void *arg) */
        // 此函数读取目标内核的 CCOUNT,并将其存储到 arg 中。
        // 此处仅使用 a2、a3 和 a4 寄存器。
        .section    .iram1, "ax"
        .align      4
        .global     esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu
        .type       esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu, @function
        // Args:
        // a2 - void* arg
        esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu:
        rsr.ccount a3
        s32i    a3, a2, 0
        ret

    .. code-block:: c

        unit32_t cycle_count;
        esp_ipc_isr_call_blocking(esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu, (void *)cycle_count);

    .. note::

        对于大多数简单用例,可用的临时寄存器数量是足够的。如果需要在回调函数中使用更多的临时寄存器,可以用 ``void *arg`` 指向一个用作寄存器保存区域的 buffer,使回调函数保存或恢复更多的寄存器。前往 :example:`system/ipc/ipc_isr` 查看示例。

    .. note::

        如需查看更多高优先级中断 IPC 回调的示例,请前往 :idf_file:`components/esp_system/port/arch/xtensa/esp_ipc_isr_routines.S` 和 :idf_file:`components/esp_system/test_apps/esp_system_unity_tests/main/port/arch/xtensa/test_ipc_isr.S`。

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV

    请前往 :idf_file:`examples/system/ipc/ipc_isr/riscv/main/main.c` 查看使用示例。

.. only:: CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA

    请前往 :idf_file:`examples/system/ipc/ipc_isr/xtensa/main/main.c` 查看使用示例。

高优先级中断 IPC API 还提供了以下便利函数,这些函数可以暂停或恢复目标内核的执行。这些 API 利用高优先级中断 IPC,但同时提供了自己的内部回调函数:

.. list::

    :CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV: - :cpp:func:`esp_ipc_isr_stall_other_cpu`:暂停目标内核。调用内核禁用 3 级及以下级别的中断,而目标内核将在所有中断被禁用的情况下进入忙等待。在调用 :cpp:func:`esp_ipc_isr_release_other_cpu` 前,目标内核会保持忙等待。
    :CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA: - :cpp:func:`esp_ipc_isr_stall_other_cpu`:暂停目标内核。调用内核禁用 3 级及以下级别的中断,而目标内核将在 5 级及以下的中断被禁用的情况下进入忙等待。在调用 :cpp:func:`esp_ipc_isr_release_other_cpu` 前,目标内核会保持忙等待。
    - :cpp:func:`esp_ipc_isr_release_other_cpu`:恢复目标内核。

API 参考

.. include-build-file:: inc/esp_ipc.inc

.. include-build-file:: inc/esp_ipc_isr.inc