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🔨 整理中 · 这一篇深入讲 remoteproc + rpmsg——异构多核 SoC(i.MX 8M 的 A53 + M4、TI AM62 的 A53 + R5F/M4、Xilinx Zynq 的 A53 + R5)上,"主核 Linux 怎么管理 + 通信"协处理器(M4/DSP/R5)的子系统。素材以 6.19 源码 + kernel.org remoteproc/rpmsg 文档为权威。

做什么 ​

现代嵌入式 SoC 常是异构多核:几个 A 类核(ARM Cortex-A)跑 Linux(用户态 + 网络栈 + UI),外加几个 M 类核(Cortex-M)/R5/DSP 跑实时/专用任务——M4 跑电机控制(硬实时)、R5 跑功能安全、DSP 跑音频/视频编解码、NPU 跑神经网络。Linux 在 A 核上跑,但要能启动/停止/加载固件到协处理器、并和协处理器双向通信(发命令、收数据)。这套就是 remoteproc(管协处理器生命周期)+ rpmsg(核间消息)两个子系统干的。这一篇拆 remoteproc 的 rproc + rproc_ops、固件加载流程、rpmsg 的基于 virtio 的消息模型。

要了解什么 ​

一、异构多核场景:为什么需要 remoteproc ​

A 核跑 Linux、M4 跑 RTOS(或裸程序),两者独立运行、共享 SoC 外设。Linux 侧需要:

  1. 加载 M4 固件:把编译好的 M4 固件(.elf)从 Linux 文件系统搬到 M4 的执行内存(Tightly Coupled Memory / 共享 DDR 某段)。
  2. 启动/停止 M4:让 M4 从入口地址开始跑(时钟/复位/向量表),需要时停。
  3. 核间通信:A 发命令给 M4("读这个传感器")、M4 回结果,可靠双向。
  4. 资源协调:共享内存(谁用哪段)、共享外设(谁占 I2C0)、共享中断。

remoteproc(drivers/remoteproc/)管 1+2+4(生命周期 + 资源),rpmsg(drivers/rpmsg/)管 3(通信)。

二、remoteproc:rproc + rproc_ops ​

struct rproc:一个远程处理器的化身,含 name/firmware(固件文件名)/ops/state(OFFLINE/DETACHED/RUNNING/...)/已加载的 carveouts(共享内存段)等。生命周期 API:rproc_boot(rproc)(启动,加载固件 + 跑)/rproc_shutdown(停)/rproc_attach(attach 到已跑的远程核,如 boot ROM 启动的)。

struct rproc_ops:SoC 特定的回调:

  • load(rproc, fw):把固件 ELF 的各段拷到目标内存(TCM/DDR)。
  • start(rproc)/stop(rproc):启动/停止远程核(时钟/复位/向量)。
  • attach/detach:attach 到已跑的。
  • da_to_va:设备地址(DA,M4 视角的地址)→ Linux 虚拟地址(VA)翻译(用于共享内存访问)。
  • get_loaded_rsc_table:已 attach 场景读远程核的资源表。

SoC 厂商写 remoteproc 驱动(drivers/remoteproc/imx_rproc.c/ti_k3_r5_remoteproc.c/qcom_q6v5_pas.c...)填这套 ops,注册成 rproc。用户态 /sys/class/remoteproc/remoteprocN/{firmware,state,recover} 操作。

三、固件加载 + resource table ​

rproc_boot 流程:

  1. request_firmware 从 /lib/firmware/<name> 加载 ELF 固件。
  2. load 解析 ELF、把段拷到 M4 内存(DA 翻 VA)。
  3. 找固件里的 resource table(M4 固件里一段特殊 section .resource_table,声明"M4 要哪些资源":carveout 共享内存段、vdev(虚拟设备,给 rpmsg)、通知 ID)。
  4. 注册资源(carveout 分配、vdev 注册)。
  5. start 启动 M4。

resource table 是 A 和 M4 的"契约"——M4 编译时声明"我要这些资源",A 启动时按表配。

四、rpmsg:基于 virtio 的核间消息 ​

通信靠 rpmsg(Remote Processor Message),它复用 virtio 机制(双核间用共享内存 + virtqueue 做消息队列):

  • struct rpmsg_device(include/linux/rpmsg.h:53):一个 rpmsg 端点设备(主从核间的一个通信信道)。
  • struct rpmsg_driver:rpmsg 驱动(类似 platform/i2c 的 probe/remove + id_table,匹配靠 service name 字符串如 "rpmsg-raw")。
  • struct rpmsg_endpoint:一个端点(有 4-bit src/32-bit dst 地址),rpmsg_send(ept, buf, len) 发、收到时回调 ept->cb。

典型用法:

c
/* rpmsg 驱动,匹配 service "my-channel" */
static const struct rpmsg_device_id my_id[] = { { .name = "my-channel" }, {} };
static struct rpmsg_driver my_drv = {
    .probe  = my_probe, .remove = my_remove,
    .callback = my_rx_cb,         /* 收到消息时调 */
    .id_table = my_id,
    .driver = { .name = "my-rpmsg", },
};

/* 发消息 */
rpmsg_send(to_ept, &cmd, sizeof(cmd));
/* M4 那边收到 → 处理 → rpmsg_send 回 → my_rx_cb 被调 */

rpmsg 在 A 侧看起来就是个字符设备/平台,/dev/rpmsg<N>(由 rpmsg_chr/rpmsg_ns 暴露),用户态也能 read/write。

五、用途 + 典型场景 ​

  • i.MX RPMsg:i.MX 8M A53 + M4,典型"Linux UI + M4 实时控制"组合。M4 固件跑裸程序/RT-Thread/MicroPython,A 用 rpmsg 发命令、收传感器/控制数据。NXP 的 imx_rproc.c + imx-rpmsg。
  • TI K3 R5F(AM62/A Sitara):A53 + R5F(功能安全/低延迟控制),ti_k3_r5_remoteproc.c。
  • DSP(C66/C71):A53 + DSP(音频/视觉算法),ti_k3_dsp_remoteproc.c。
  • NPU/GPU 协处理器:某些 SoC 用 remoteproc 管加速器固件。

六、踩坑 ​

  • 地址翻译(DA vs VA):M4 视角的地址(DA,如 TCM 的 0x00000000、DDR 的 0x8000_0000)和 Linux 视角的虚拟地址(VA)不同。rproc_ops.da_to_va 必须正确翻译,否则 A 访问 M4 内存出错。ioremapping 共享 DDR 时尤其注意。
  • resource table 不匹配:M4 固件没声明 resource table,或声明了 A 给不了的资源(carveout 太大、地址冲突),rproc_boot 失败。固件和 SoC 配置要对齐。
  • M4 的中断到 A:M4 通过触发某个 SoC 中断/邮箱(mailbox)通知 A "有消息",mailbox 子系统(drivers/mailbox/)是 rpmsg 的底层通知机制。mailbox 没配好,rpmsg 收发不工作。
  • M4 固件崩溃恢复:M4 跑挂了,A 侧 rproc 检测到(看门狗/无响应)→ /sys/class/remoteproc/.../recover 触发重启 M4。

动手试试 ​

  1. ls /sys/class/remoteproc/(若有真板);cat .../remoteproc0/{firmware,state};echo stop > state/echo <fw>.elf > firmware && echo start > state(真板,重启 M4)
  2. QEMU 对 remoteproc 支持有限(虚拟 SoC),主要在真板(i.MX/TI/Xilinx)实验
  3. 读 drivers/remoteproc/imx_rproc.c(i.MX)或 ti_k3_r5_remoteproc.c(TI)看 rproc_ops(load/start/da_to_va)怎么填
  4. 读 drivers/rpmsg/virtio_rpmsg_bus.c(rpmsg 基于 virtio 的核心)看 rpmsg_device/rpmsg_send 实现
  5. 思考题:为什么 rpmsg 复用 virtio(virtqueue),而不是自己发明消息格式?(提示:virtio 已成熟、零拷贝、共享内存高效)

延伸阅读 ​

  • 源码(本仓库 third_party/linux/,6.19.9):include/linux/remoteproc.h(struct rproc/struct rproc_ops/rproc_boot/rproc_put/rproc_add_subdev);include/linux/rpmsg.h:53 struct rpmsg_device、struct rpmsg_driver、struct rpmsg_endpoint/rpmsg_send/rpmsg_sendto;remoteproc core drivers/remoteproc/remoteproc_core.c;rpmsg core drivers/rpmsg/virtio_rpmsg_bus.c/rpmsg_core.c;SoC 驱动 drivers/remoteproc/imx_rproc.c/ti_k3_*.c/qcom_q6v5_pas.c;mailbox(通知底层)drivers/mailbox/。
  • kernel.org:remoteproc、rpmsg、Documentation/devicetree/bindings/remoteproc//bindings/rpmsg/。
  • 关联本站:00 driver model rproc/rpmsg 都接 driver model、virt-overview rpmsg 复用 virtio、17 dma 共享内存 DMA;OpenAMP 开放标准是这套的上层规范。

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