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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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_Send_<port>_<item> (..., <data>)

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>)

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;}

这种无通知的端口对端口通信适用于：

• Sender/Receiver通信

• 队列或者非队列通信

• 1:1通信方式

2.6.2 SWC间通过C-S方式通信有Notification

当数据写入IOC内部数据缓存后，Rte函数调用OS的服务来激活接收任务。这种通信方式适用于：

• 带Notification的SWC间的Sender/receiver通信；

• Client/server通信。

• 队列或非队列通信；

• 非polling模式的1:1通信；

• N:1通信。

Figure 2: IOC with notification by RTE

用长度为100的队列方式实现。

Std_ReturnType IocReceive_Rte_Rx_000022(uint8* value){  *value = Os_Ioc_Rte_ Rx_000022[read_index];  read_index = (read_index == 100)? 0 : (read_index + 1U);  return E_OK;}
Std_ReturnType IocSend_Rte_Rx_000022(uint8 value){  If ((read_index == 0 && write_index == 100)|| (read_index-write_index==1)) {  return IOC_E_FULL;  } else {  Os_Ioc_Rte_ Rx_000022[write_index] = val;  write_index = (write_index == 100)? 0 : (write_index + 1U);  Os_SetEvent(EventID);  }}

3.多核间非标准通信

从第2章节得知:

• IOC通信的的共享内存也就是OS定义的全局变量

• 对共享内存的数据一致性保护也就是通过Spin Lock和开关中断来实现，

• 共享内存小于等于4 bytes，可以不使用Spin Lock和中断保护

• 如果没有开启内存保护（MPU），共享内存可以分配在.default段（不用特别的去修改链接文件定义特殊的段），也就是任意可访问RAM地址

只不过这些都由RTE和OS自动实现，对于用户只要做好Port连接即可。

那么对于不经过RTE的多核通信，我们是否可以自己实现多核通信了？-- 肯定是可以的，下面我就列出一些多核通信的场景及应该考虑的地方。

关于MPU请参考：

TC3xx芯片MPU介绍

4.总结

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？

答：两个或多个OS-Application都能访问的内存区域即为共享内存区域。如果没有使能MPU内存保护机制，任意定义的全局变量即为共享内存变量。如果使能了MPU内存保护机制，就需要在链接文件中定义共享内存段，同时需要配置MPU保护段并分配给OS-Application。

问题 2： 如果要指定共享内存，该怎么指定？

答：在链接文件中指定一块内存区域，然后配置MPU设置其读写访问属性，需要多核通信的OS-Application应该包括该MPU配置即拥有对该共享内存的读写访问权限。

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

答：不一定。当多核通信的数据小于等于4 Bytes(32-bit MCU)时CPU一个机器周期就能完成数据的读写，已经是原子操作，不用使用Spin lock进行数据一致性保护。

问题4： 如何确保单核中的数据一致性？

答：使用开关/挂起全局核内全局中断。

End

「汽车电子嵌入式在CSDN上同步推出AUTOSAR精进之路专栏，本专栏每个模块完全按实际项目中开发及维护过程来详细介绍。模块核心概念介绍、实际需求描述、实际工程配置、特殊需求介绍及背后原理、实际工程使用经验总结。目的是让读者看完每一个章节后能理解原理后根据需求完成一个模块的配置或者解决一个问题。」

点击文章最后左下角的阅读原文可以获取更多信息

或者复制如下链接到浏览器获取更多信息

https://blog.csdn.net/qq_36056498/article/details/132125693

注：本文引用了一些第三方工具和文档，若有侵权，请联系作者删除!