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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）。

    • 如果启用了 CONFIG_ESP_IPC_USES_CALLERS_PRIORITY，执行回调前会降低目标内核的 IPC 任务优先级，使其等于调用内核的优先级。
    • 如果禁用了 CONFIG_ESP_IPC_USES_CALLERS_PRIORITY，目标内核将始终以尽可能高的优先级执行回调。
  • 如果回调较为复杂，用户可能需要通过 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 :cppesp_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。

  • :cppesp_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。
  • :cppesp_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。

CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA

在这种情况下，IPC ISR 功能支持在 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：

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 CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL 选项。

当回调执行时，需考虑以下几点：

- 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 CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL，但是在执行 IPC ISR 回调期间，无论 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 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

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 :cppesp_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。

CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV

高优先级中断 IPC 回调函数的类型必须是 :cppesp_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：

  • :cppesp_ipc_isr_call 能够在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核 开始 执行回调前，此函数将一直处于忙等待。
  • :cppesp_ipc_isr_call_blocking 能够在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核 完成 回调执行前，此函数将一直处于忙等待。

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：

/* 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
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 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。

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。

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：

CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_RISCV
  • :cppesp_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 :cppesp_ipc_isr_release_other_cpu 前，目标内核会保持忙等待。
CONFIG_IDF_TARGET_ARCH_XTENSA
  • :cppesp_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 :cppesp_ipc_isr_release_other_cpu 前，目标内核会保持忙等待。
  • :cppesp_ipc_isr_release_other_cpu：恢复目标内核。

API 参考

inc/esp_ipc.inc

inc/esp_ipc_isr.inc