TC397 FreeRTOS SMP多核开发（一）：FreeRTOS SMP介绍

一、TC397 多核介绍

• AURIX TC3xx微控制器架构具有多达6个独立的处理器内核CPU0…CPU5, 可在一个统一平台上无缝托管多个应用程序和操作系统.
• 由于实现了具有独立读取接口的多个程序Flash模块, 该架构支持进一步的实时处理.
• AURIX专为性能，安全性和安全性而设计，具有并行执行流程，锁步核心和进一步增强的硬件安全机制的功能

二、FreeRTOS SMP介绍

FreeRTOS SMP是FreeRTOS为了适应多核MCU的开发而推出的SMP对称多核调度方式，一般应用在具有相同架构的对称多核上，通过统一的调度管理来实现多核的调度。

FreeRTOS 内核中的 SMP 支持可使一个 FreeRTOS内核实例在多个相同的处理器内核上调度任务。 这些内核架构必须相同，并共享相同的内存。

FreeRTOS SMP多核代码位于github上的

FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel at smp (github.com)https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel/tree/smp本专栏主要通过移植FreeRTOS SMP来实现TC397的多核调度 。

三、FreeRTOS SMP与FreeRTOS的区别

FreeRTOS API 单核和 SMP 版本之间基本上保持相同，除了以下SMP中特定的API。因此，为尽量减少或不增加任何工作量，应同时编译 FreeRTOS 单核 与 SMP 版本。但是， 一些适用于单核应用的设计假设可能不适用于多核应用， 因此可能会存在一些功能问题。

（1）SMP 特定 API

以下附加 API 可用于 FreeRTOS-SMP 内核：

• xTaskCreateAffinitySet
• xTaskCreateStaticAffinitySet
• xTaskCreateRestrictedAffinitySet
• xTaskCreateRestrictedStaticAffinitySet
• vTaskCoreAffinitySet
• vTaskCoreAffinityGet
• vTaskPreemptionDisable
• vTaskPreemptionEnable

xTaskCreateAffinitySet

BaseType_t xTaskCreateAffinitySet( TaskFunction_t pxTaskCode,
                                    const char * const pcName,
                                    const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                                    void * const pvParameters,
                                    UBaseType_t uxPriority,
                                    UBaseType_t uxCoreAffinityMask,
                                    TaskHandle_t * const pxCreatedTask );

此函数是 xTaskCreate 的扩展， 用于创建一个带有关联掩码的新任务，并将其添加到准备运行的任务列表中。 configUSE_CORE_AFFINITY 必须定义为 1，才可使用此函数。

参数：

• uxCoreAffinityMask - 一个按位值，指示可以 运行任务的内核。内核编号从 0 到 (configNUMBER_OF_CORES - 1)。例如， 为确保任务能在内核 0 和内核 1 上运行，请将 uxCoreAffinityMask 设置为 0x03。

xTaskCreateStaticAffinitySet

TaskHandle_t xTaskCreateStaticAffinitySet( TaskFunction_t pxTaskCode,
                                           const char * const pcName,
                                           const uint32_t ulStackDepth,
                                           void * const pvParameters,
                                           UBaseType_t uxPriority,
                                           StackType_t * const puxStackBuffer,
                                           StaticTask_t * const pxTaskBuffer,
                                           UBaseType_t uxCoreAffinityMask );

此函数是 xTaskCreateStatic 的扩展， 用于创建一个带有关联掩码的新任务，并将其添加到准备运行的任务列表中。 configUSE_CORE_AFFINITY 必须定义为 1，才可使用此函数。

参数：

• uxCoreAffinityMask - 一个按位值，指示可以 运行任务的内核。内核编号从 0 到 (configNUMBER_OF_CORES - 1)。例如， 可以在内核 0 和内核 1 上运行，请将 uxCoreAffinityMask 设置

vTaskCoreAffinitySet

void vTaskCoreAffinitySet( const TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxCoreAffinityMask ); 

configUSE_CORE_AFFINITY 必须定义为 1，才可使用此函数。

设置任务的内核关联掩码，即可以运行任务的内核

参数：

• xTask：内核关联掩码所要执行任务的句柄。传递 NULL 将为 调用任务设置内核关联掩码。

• uxCoreAffinityMask - 一个按位值，指示可以 运行任务的内核。内核的编号范围为 0 到 （configNUMBER_OF_CORES - 1）。例如，为确保任务 可以在内核 0 和内核 1 上运行，请将 uxCoreAffinityMask 设置 为 0x03。

用法示例：

/* The function that creates task. */
void vAFunction( void )
{
TaskHandle_t xHandle;
UBaseType_t uxCoreAffinityMask;
 
    /* Create a task, storing the handle. */
    xTaskCreate( vTaskCode, "NAME", STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &( xHandle ) );
 
    /* Define the core affinity mask such that this task can only run on core 0
     * and core 2. */
    uxCoreAffinityMask = ( ( 1 << 0 ) | ( 1 << 2 ) );
 
    /* Set the core affinity mask for the task. */
    vTaskCoreAffinitySet( xHandle, uxCoreAffinityMask );
}

 vTaskCoreAffinityGet

UBaseType_t vTaskCoreAffinityGet( const TaskHandle_t xTask ); 

configUSE_CORE_AFFINITY 必须定义为 1，才可使用此函数。

设置任务的内核关联掩码，即可以运行任务的内核。

参数：

• xTask：内核关联掩码所要执行任务的句柄。传递 NULL 将为 调用任务设置内核关联掩码。

返回：

• 内核关联掩码，指示可以 运行任务的内核的按位值。内核编号从 0 到 (configNUMBER_OF_CORES - 1)。 例如，如果任务可以在内核 0 和内核 1 上运行，则内核关联掩码 为 0x03。

用法示例：

/* Task handle of the networking task - it is populated elsewhere. */
TaskHandle_t xNetworkingTaskHandle;
 
void vAFunction( void )
{
TaskHandle_t xHandle;
UBaseType_t uxNetworkingCoreAffinityMask;
 
    /* Create a task, storing the handle. */
    xTaskCreate( vTaskCode, "NAME", STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &( xHandle ) );
 
    /* Get the core affinity mask for the networking task. */
    uxNetworkingCoreAffinityMask = vTaskCoreAffinityGet( xNetworkingTaskHandle );
 
    /* Here is a hypothetical scenario, just for the example. Assume that we
     * have 2 cores - Core 0 and core 1. We want to pin the application task to
     * the core that is not the networking task core to ensure that the
     * application task does not interfere with networking. */
    if( ( uxNetworkingCoreAffinityMask & ( 1 << 0 ) ) != 0 )
    {
        /* The networking task can run on core 0, pin our task to core 1. */
        vTaskCoreAffinitySet( xHandle, ( 1 << 1 ) );
    }
    else
    {
        /* Otherwise, pin our task to core 0. */
        vTaskCoreAffinitySet( xHandle, ( 1 << 0 ) );
    }
}

（2）SMP 特定配置选项

以下附加配置选项可用于 FreeRTOS-SMP 内核：

• configNUMBER_OF_CORES
• configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES
• configUSE_CORE_AFFINITY
• configUSE_TASK_PREEMPTION_DISABLE

configNUMBER_OF_CORES

设置可用的处理器内核数。

configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES

在单核 FreeRTOS 应用程序中， 如果存在能够运行的较高优先级任务，则较低优先级任务永远不会运行。 在 SMP FreeRTOS应用程序中， RTOS 内核将运行与可用内核数量一样多的任务，在一个内核上运行优先级较低的任务的同时， 较高优先级的任务可能同时 在另一个内核上运行。 如果您的应用程序或库 为单核环境编写，并且因此对任务执行的顺序做出假设， 这可能会导致问题。 因此，提供 configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES 来 控制此行为。

如果 configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES 定义 0，则多个任务 只有在具有相同优先级时才能同时运行， 保持这样的范例：如果存在能够运行的较高优先级任务，则较低优先级任务永远不会运行。 如果 configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES 定义 1， 则具有不同优先级的多个任务可以同时运行，因此，较高和较低优先级的任务可以同时 在不同的内核上运行。

configUSE_CORE_AFFINITY

应用程序编写者可以控制任务在哪些内核上运行。 如果 configUSE_CORE_AFFINITY 定义为 1，则 vTaskCoreAffinitySet 可 控制任务在哪些内核上运行，vTaskCoreAffinityGet 可 用于查询任务在哪些内核上运行。 如果 configUSE_CORE_AFFINITY 为 0， 则 FreeRTOS 调度器可以在任何可用内核上自由运行任何任务。

configUSE_TASK_PREEMPTION_DISABLE

在单核 FreeRTOS 应用程序中，可以将 FreeRTOS 调度器配置为 抢占式或合作式——请参阅 configUSE_PREEMPTION 的定义。 在 SMP FreeRTOS 应用程序中，如果 configUSE_TASK_PREEMPTION_DISABLE 定义为 1， 则可使用 vTaskPreemptionDisable 和 vTaskPreemptionEnable API 函数将单个任务设置为抢占式或协作式。