AUTOSAR架构下多核通信

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2024-5-15

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本文主要介绍了AUTOSAR架构下多核通信等相关内容。希望对你的学习有帮助。
本文来自于CSDN，由火龙果软件Linda编辑，推荐。

前言

随着汽车ECU迅速的往域控制器方向发展，ECU要处理的任务越来越多，单核CPU的负载越来越大，多核ECU势在必行。AUTOSAR架构下OS支持多核处理，本系列文章将详细介绍AUTOSAR架构下的多核机制。本文介绍AUTOSAR架构下的多核通信。

问题 1：什么是共享内存（Shared Memory），共享内存需要在链接文件中特别指定吗？

问题 2：如果要指定共享内存，该怎么指定？

问题3：用于多核通信的共享内存一定需要使用SpinLock进行一致性保护吗？

问题4：如何确保单核中的数据一致性？

缩略词

1.多核通信介绍

使用多核的ECU避免不了需要考虑跨核通信，如下图所示，跨核通信时使用RTE进行跨核通信时，AUTOSAR定义了标准的IOC通信，用户只需要配置SWC的端口接口进行Mapping，IOC的具体实现由RTE/OS自动实现，不用用户再做其他的操作。如果不使用RTE进行多核通信，没有标准的接口可以使用，需要用户自定义跨核通信，着重需要考虑跨核通信的共享内存及数据一致性保护。

Figure 1: 多核通信

2.多核间标准通信

多核间通信一定是跨OS-Application的通信（OS-Application不能跨核，所以两个不同核上的SWC一定隶属于不同的OS-Application），而“IOC”负责操作OS-Application之间的通信，特别是跨越核或内存保护边界的通信。

2.1 什么是IOC

IOC全称为Inter-OS-Application Communication，专门用于跨OS-Application的通信方式，特别的，跨越核或内存保护边界的通信一般都使用IOC通信。

2.2 IOC的适用范围

IOC的具体实现由RTE和OS实现，所以，IOC只适用于通过RTE交互的SWC间的跨OS-Application的通信，或通过RTE交互的SWC和BSW跨OS-Application通信，或者通过RTE交互的CDD和SWC或者CDD和CDD间的跨OS-Application通信。总之，不经过RTE的通信不适用IOC通信。

2.3 IOC的通信种类

IOC不支持Client-Server的通信，只支持Sender-Receiver的通信方式，SWC间的Client-Server通信在RTE/OS的具体实现中转变为 Sender-Receiver的通信方式。也就是说对于SWC的开发者来说，不用做任何的更改，C-S的接口依然可以继续使用。

从IOC的Senders和Receivers个数来分：IOC支持1:1, N:1, N:M的通信方式。

从是否带Notification的角度来分：IOC分为带Notification和不带Notification的通信方式。

IOC通信支持队列缓存（queue buffer）,1:1和N:1通信方式支持队列，N:M通信方式不支持队列，1:1的通信方式一般不使用队列，N:1通信方式一般使用队列。

2.4 IOC通信配置

两个SWC如果使用IOC通信的话，接口配置和不使用IOC通信完全一样。

配置Data Type

配置Interface

配置P-port和R-Port

进行P-port和R-port连接（Mapping）

不过，两个SWC如果要使用IOC跨核（跨OS-Application）通信，这两个SWC的Runnable所在的Task一定时归属于两个核上的不同OS-Application,这样进行Port连接后，RTE和OS会自动为两个SWC生产IOC通信接口和具体实现。

2.5 IOC通信的共享内存和数据保护

IOC通信的具体实现由共享内存的方式实现，共享内存的跨核间数据一致性保护由Spin lock保证，共享内存的核内Task间的数据一致性保护由开/关全局中断的方式保证。共享内存和数据一致性保护都由OS来自动生成和保证。

Note: 如果IOC通信间的数据长度小于等于4 Bytes，那么RTE/OS不会为其生成Spin lock和开关中断的配置代码，因为32bit的MCU的一次机器周期操作能完成4字节数据的操作，保证了数据的原子操作。

2.6 IOC通信需要注意的其他点

单核内如果存在多个OS-Application，且OS-Application间由内存保护的边界（boundaries

），这种单核场景也适用IOC通信。

在只有一个Core的系统中，如果只有一个OS-Application，或者如果没有OS-Application使用内存保护机制，那么IOC可以被完全省略。

带Notification的IOC适用二类中断ISR来通知Receivers数据已经到达shared buffer，能保证Receiver及时的取得数据。

2.6 IOC通信的示例

2.6.1 SWC间通过S-R方式1:1通信且没有Notification

如图2所示，Core 0上的SWC通过RTE接口给Core 1上的SWC发送数据。接收端的可运行实体被定期调用（调度表或者Alarm机制实现），并通过RTE接收数据。

由于通信跨越了核心边界，RTE调用IOC将数据从Core0传输到Core1。

数据发送方调用

Rte_Write_SWC_PortName(VAR(rt_Array_uint8_8, AUTOMATIC) data) /* 2 */
{
VAR(Std_ReturnType, AUTOMATIC) rtn;
rtn = ((VAR(Std_ReturnType, AUTOMATIC))RTE_E_OK);
(void)IocWrite_Rte_Rx_000139(data);
return rtn;
}

RTE将其mapped 到

IocSend_<Id> (<data>)

FUNC(Std_ReturnType, OS_CODE) IocWrite_Rte_Rx_000139(const rt_Array_uint8_8 *value)
{
Os_imaskType previous_imask;
previous_imask = OS_STSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID); OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, \
OS_PLMR_SELID, 0U);
while (0U != Os_TestAndSet(&Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139)) { /* spin */ }
Os_ioc_memcpy(&Os_Ioc_Rte_Rx_000139, value, sizeof(*value)); /*lint !e545 */
OS_SYNCM(); Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139 = 0U;
OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID, previous_imask);
return IOC_E_OK;
}

Figure 2: IOC without notification

在本例中，IocSend服务将数据写入一个缓冲区，该缓冲区位于一个共享内存区中，接收方可以通过IOC读取该数据。在接收端，接收可运行程序被定期调用。

Rte_Receive_<port>_<item> (..., <data>)

Rte_Read_SWC_PortName(CONSTP2VAR(rt_Array_uint8_8, AUTOMATIC, RTE_APPL_DATA) data)
{
VAR(Std_ReturnType, AUTOMATIC) rtn;
(void)IocRead_Rte_Rx_000139(((P2VAR(rt_Array_uint8_8, AUTOMATIC, RTE_APPL_DATA))data));
rtn = Rte_Rx_000139_status; return rtn;
}

RTE将其mapped 到

IocReceive_<Id> (<data>)

FUNC(Std_ReturnType, OS_CODE) IocRead_Rte_Rx_000138(rt_Array_uint8_8 *value) {
Os_imaskType previous_imask;
previous_imask = OS_STSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID); OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID, 0U);
while (0U != Os_TestAndSet(&Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139)) { /* spin */ }
Os_ioc_memcpy(value, &Os_Ioc_Rte_Rx_000138, sizeof(*value)); /*lint !e545 */
OS_SYNCM(); Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139 = 0U;
OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID, previous_imask);
return IOC_E_OK;
}

调用以从IOC内部队列中读取数据。1：1通信不需要RTE中的附加队列。

FUNC(Std_ReturnType, OS_CODE) IocRead_Rte_Rx_000138(rt_Array_uint8_8 *value) {
Os_imaskType previous_imask;
previous_imask = OS_STSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID); OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID, 0U);
while (0U != Os_TestAndSet(&Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139)) { /* spin */ }
Os_ioc_memcpy(value, &Os_Ioc_Rte_Rx_000138, sizeof(*value)); /*lint !e545 */
OS_SYNCM(); Os_IocLockData.Os_IocLock_Rte_Rx_000139 = 0U;
OS_LDSR(OS_PLMR_REGID, OS_PLMR_SELID, previous_imask);
return IOC_E_OK;
}