注：這是一個(gè)由中國(guó)科學(xué)院軟件研究所合作資助的開源項(xiàng)目，RT-Thread社區(qū)參與，并推動(dòng)更新到upstream。這個(gè)過(guò)程中也得到了張健，董波（無(wú)錫控博），李志銳（廈門大學(xué)）的支持，這里一并表示感謝。

RISC-V指令集架構(gòu)在這幾年中異軍突起，受到大家廣泛的關(guān)注，認(rèn)可，參與，實(shí)踐。越來(lái)越多的廠商選擇使用RISC-V，從單獨(dú)實(shí)驗(yàn)性芯片的嘗試，到備份芯片，到輔助芯片，到獨(dú)立芯片，一步步應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。例如最近平頭哥就針對(duì)低端到中高端發(fā)布了開源的RISC-V處理器IP core，E902（RV32），E906（帶cache的RV32），C906（單核RV64），C910（多核RV64），同時(shí)在上面也支持Linux，RT-Thread等開源操作系統(tǒng)。

與此同時(shí)RT-Thread團(tuán)隊(duì)也看到了未來(lái)異構(gòu)多核芯片領(lǐng)域會(huì)有更多的應(yīng)用需求，和中國(guó)科學(xué)院軟件研究所的想法不謀而合，融合RISC-V的異構(gòu)多核系統(tǒng)這個(gè)項(xiàng)目就是在這樣的一個(gè)背景下產(chǎn)生，所以雙方聯(lián)合來(lái)推進(jìn)，并一起推進(jìn)到系列開源項(xiàng)目的upstream，讓更多人易于使用，讓產(chǎn)業(yè)界受益。

架構(gòu)說(shuō)明

本項(xiàng)目以qemu模擬的虛擬硬件：qemu-riscv64-virt為硬件平臺(tái)，上面具備Dual RV64 core，分別運(yùn)行Linux和RTOS（RT-Thread）。對(duì)于這類應(yīng)用，RV64在運(yùn)行時(shí)會(huì)涉及到三種運(yùn)行模式，M-Mode，S-Modem，U-Mode，如下面的架構(gòu)圖。

M-Mode模式，機(jī)器模式，一般會(huì)運(yùn)行一些簡(jiǎn)單的程序；如果芯片只包含機(jī)器模式，可以運(yùn)行一些裸機(jī)程序或者RTOS，多見于MCU芯片；

H-Mode模式，是虛擬化運(yùn)行模式，此種情況下未涉及，后續(xù)不過(guò)多提及；

S-Mode， Supervisor Mode模式是管理者模式，用于運(yùn)行例如Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)內(nèi)核；

U-Mode模式，是用戶模式，運(yùn)行用戶態(tài)應(yīng)用程序；而對(duì)于RTOS來(lái)說(shuō)，一般不會(huì)運(yùn)行在層。

在這樣的方式下，硬件底層是RV64的雙核，分別運(yùn)行Linux和RTOS操作系統(tǒng)，整體的架構(gòu)如下所示：

在這樣的方式下，可以由Linux來(lái)完成一些復(fù)雜的工作，例如存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)，顯示等；而RTOS則可以用于實(shí)時(shí)控制，這里運(yùn)行RT-Thread開源操作系統(tǒng)。在Linux和RTOS之間，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OpenAMP框架進(jìn)行通信，異系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。

OpenAMP說(shuō)明

OpenAMP是Xilinx和Mentor Graphic于2014年發(fā)起的一個(gè)開源項(xiàng)目，旨在提供一份協(xié)處理器的標(biāo)準(zhǔn)通信框架。OpenAMP是對(duì)Ohad Ben-Cohen在2011年Linux 3.4.1引入的RPmsg， RemoteProc的在異構(gòu)處理器上的實(shí)現(xiàn)，并采用BSD許可協(xié)議開源。

lRemoteProc用于Linux作為master來(lái)控制和管理協(xié)處理器，對(duì)協(xié)處理器進(jìn)行power off/on，reset，load firmware等管理操作；

lRPmsg用于多系統(tǒng)間的IPC消息交互。

OpenAMP本身包括幾個(gè)部分：

llibmetal，主要涉及OpenAMP在不同底層系統(tǒng)上的對(duì)接，分成了對(duì)Linux，RTOS及裸機(jī)的支持。

lopen-amp，提供對(duì)virtio，rpmsg，remoteproc等的實(shí)現(xiàn)；

OpenAMP本身以cmake方式編譯，因?yàn)樵瓉?lái)只包括arm方式的交叉編譯方式，所以這個(gè)項(xiàng)目中加入對(duì)risc-v交叉編譯方式的支持。默認(rèn)WITH_PROXY等相關(guān)的特性關(guān)閉。

編譯 & 運(yùn)行

針對(duì)這樣一套多操作系統(tǒng)的異構(gòu)系統(tǒng)，我們把它命名成pomegranate（石榴，喻意多子，多系統(tǒng)），單獨(dú)放在github和gitee上，可以按照倉(cāng)庫(kù)中的方式進(jìn)行編譯，并使用起來(lái)：

https://github.com/RT-Thread/rtthread-pomegranate

假設(shè)在Ubuntu 18.04上，來(lái)編譯和使用，需要先把pomegranate clone到本地，例如使用github：

git clone --recursive https://github.com/RT-Thread/rtthread-pomegranate

然后運(yùn)行下面的腳本，先把需要的標(biāo)準(zhǔn)包下載下來(lái)，并展開：

。/dn_prepare.sh

這個(gè)腳本會(huì)自動(dòng)下載需要用到的代碼，例如Linux，u-boot，qemu等，以及工具鏈（針對(duì)Linux的工具鏈，針對(duì)RT-Thread的工具鏈等），并對(duì)需要打補(bǔ)丁的代碼進(jìn)行打補(bǔ)丁。

然后編譯只需要執(zhí)行下面的shell腳本：

。/build.sh

執(zhí)行build.sh時(shí)，它會(huì)分別對(duì)涉及到軟件包進(jìn)行編譯，例如opensbi，u-boot，Linux，open-amp，RT-Thread等，編譯無(wú)誤會(huì)生成相應(yīng)的程序文件，及把應(yīng)用程序復(fù)制到Linux的rootfs中。

其中對(duì)于一些可以單獨(dú)運(yùn)行的軟件，例如opensbi、u-boot、Linux、RT-Thread等，在各自分別的目錄下有一份run.sh，執(zhí)行即可使用qemu模擬器來(lái)模擬運(yùn)行。

。/run.sh

這份QEMU做了簡(jiǎn)單的改造，模擬出來(lái)兩份串口分別給Linux和RT-Thread使用。RT-Thread進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改，可以讓它運(yùn)行在S-Mode下，并支持運(yùn)行在任意核上。OpenAMP上支持RISC-V方式的交叉編譯等。這部分代碼后續(xù)都會(huì)推進(jìn)到各自的upstream端。

未來(lái)展望

異構(gòu)多核處理器并不是一個(gè)新事物，例如在ARM芯片上已經(jīng)存在大量的Cortex-A核+Cortex-M/R核芯片，并應(yīng)用于各類領(lǐng)域，如手機(jī)基帶處理器，實(shí)時(shí)工業(yè)控制處理器，車載MPU安全處理器。

在一顆芯片上同時(shí)具備ARM核 + RISC-V核的芯片也逐步出現(xiàn)，OpenAMP是搭建起異構(gòu)系統(tǒng)間軟通信的一座橋梁，未來(lái)可能還不僅限于此，會(huì)讓Cortex-A + Cortex-M/R或 RISC-V處理器在使用上更便利，甚至感受不到異構(gòu)的存在，在多系統(tǒng)間融合，甚至程序的無(wú)縫遷移。

編輯：jq