【ATU Book-i.MX8系列】i.MX8M Plus RPMsg LED Control : 解決開機時對信號控制的挑戰

一. 簡介

RPMsg（Remote Processor Messaging）是一種在 AMP（Asymmetric Multiprocessing）架構系統中的通信協議。透過共享內存區域（Shared Memory）來傳輸消息，使不同的核心運行不同的作業系統或應用程序，並利用各個核心的優勢來滿足不同應用場景的需求。

本文將介紹我們在 i.MX8M Plus 平台上使用 Linux 5.15.71 BSP 實現的範例，功能是在系統尚未完全開機時的訊號控制。在開機過程中，A53 核心會執行多項任務並處於忙碌狀態，但此時又想要再增加其他任務，例如周邊信號控制的話，就可以利用多核心架構的特性及 RPMsg 的功能，讓 M7 核心來執行這些任務或信號控制，充分發揮 SOC 的效能來完成各項任務。

如下圖所示，本文以 GPIO 信號控制 LED 燈為例。當 A53 還在開機過程中，M7 核心就會先對 GPIO 進行信號控制。而在開機完成後，M7 核心會停止控制 GPIO 信號輸出，交由使用者輸入特定指令字串，讓 A53 核心透過 RPMsg 與 M7 核心溝通，以控制 GPIO 輸出信號。

二. 系統流程

如上一節所說，本文是以 GPIO 信號控制 LED 為範例，介紹如何透過 RPMsg 功能完成在系統尚未完全開機時的訊號控制。

首先說明系統的架構與程式運作流程：

1. 系統上電。
2. 啟動 U-boot。
3. 啟動 M7 核心程式，並開始控制 GPIO 持續送出 High / Low 訊號。
4. M 核等待 RPMsg Setup，並持續控制 GPIO 送出 High / Low 訊號。
5. Kernel 啟動。
6. RPMsg 驅動 Ready 與 M7 核心 Link。
7. RPMsg Link 後，等待 Kernel Ready，並持續控制 GPIO 送出 High / Low 訊號。
8. Kernel Driver 會透過 RPMsg 發送軟體訊號通知 M7 核心端程式。
9. 當 M7 核心接收到 Kernel Ready 字串後，便會停止 GPIO 控制。
10. M7 核心等待 A53 核心發送特定指令字串。
11. A53 核心開機完成。
12. 透過 A53 核心傳送特定指令字串給 M7 核心，使 M7 核心控制 GPIO 腳位訊號。

三. M7 核心端軟體

在此將介紹如何修改 M7 核心端程式。

1. 添加程式

2. 編譯專案

# 設定環境變數
$ export ARMGCC_DIR=~/toolchains/arm-gnu-toolchain-12.2.mpacbti-rel1-x86_64-arm-none-eabi
# 編譯
$ ./build_debug.sh

           等待編譯：

    編譯完成後，debug 目錄下會產生 rpmsg_lite_wpi_rpmsg_gpio_linux_remote.bin 檔：

四. A 核心端軟體

在此將介紹如何修改 A53 核心端程式。

1. Device Tree 修改
    本文因為 GPIO5_IO11 的 Pin 腳在公板上比較好量測訊號，所以選擇其進行訊號控制。

參考 imx8mp-evk-rpmsg.dts 進行修改，先關閉 ECSPI2 Node，將 GPIO5_IO11 設定為 GPIO 功能並添加 wpi_rpmsg_gpio 驅動等相關描述：

gpio_rpmsg:gpio_rpmsg {
        compatible = "fsl,wpi_prmsg_gpio"; 
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio_rpmsg>; 
        rpmsggpio = <&gpio5 11 GPIO_ACTIVE_LOW>; 
        status = "okay"; 
}; 
&ecspi2 { 
 status = "disabled"; 
};

2. Kernel Driver 新增

    將 wpi_rpmsg_gpio.c 複製至 git/drivers/rpmsg 下：

3. Makefile 中增加 imx_rpmsg_gpio.o：

obj-$(CONFIG_IMX_RPMSG_PINGPONG)        += imx_rpmsg_pingpong.o

# 單獨編譯 Kernel
$ bitbake linux-imx -f -c compile ; bitbake linux-imx -f -c deploy 

           等待編譯：

五. 燒錄

將 Kernel、Device Tree 與 rpmsg_lite_wpi_rpmsg_gpio_linux_remote.bin 複製至 boot 下：

六. 執行

完成上述幾個小節的程式修改及準備後，我們就可以來執行看看程式。

首先準備 A53 與 M7 兩個核心的 Console：

接著，將公板上電開機並進入 U-Boot 模式，執行以下指令讓 M7 啟動程式：

# 切換 Device Tree
$ setenv fdtfile imx8mp-evk-rpmsg-gpio.dtb
# 讓 M7 核心啟動程式
$ fatload mmc 1:1 0x48000000 rpmsg_lite_wpi_rpmsg_gpio_linux_remote.bin ; cp.b 0x48000000 0x7e0000 20000 ; bootaux 0x7e0000
# 開機
$ boot

隨後系統便會繼續開機，過程中，M7 核心會持續控制 GPIO5_IO11 的 High / Low，並等待 A53 核心端是否 Link RPMsg 及發送 Kernel Ready 訊號：

當 M7 核心端收到 Kernel Ready 後，便會停止控制 GPIO5_IO11，並等待 A53 核心發送特定指令字串：

最後，當 A53 核心系統開機完成後，使用者就可以由 A53 核心的 Console 輸入特定指令字串，讓 M7 核心控制 GPIO5_IO11 輸出訊號：

# 透過 M7 核心使用 GPIO5_IO11 發送 High Low High 訊號
$ echo m7_gpio_101 > /dev/ttyRPMSG30
# 透過 M7 核心使用 GPIO5_IO11 發送 High 訊號
$ echo m7_gpio_High > /dev/ttyRPMSG30
# 透過 M7 核心使用 GPIO5_IO11 發送 Low 訊號
# echo m7_gpio_Low > /dev/ttyRPMSG30

七. 結論

透過本文我們驗證了 M7 端程式，可以在開機時事先對 GPIO 進行訊號控制，當 A53 端開機完成後，同樣也可以透過 RPMsg 使 M7 端進行訊號控制，例如輸入 “echo m7_gpio_Low > /dev/ttyRPMSG30”命令，就能夠使 M7 核心控制 GPIO 輸出 Low 訊號。藉由本文的範例可以運用在許多系統尚未開機完成時，要快速啟動某硬體或周邊信號控制的需求上，來完成更為複雜的系統開發。

最後，本文所介紹的範例內容及步驟，讀者可以根據不同的情境需求做相對應的修改。

Reference

https://www.toradex.com/zh-cn/blog/nxp-imx8-m4he-xinfreertos-rpmsg-ying-yong-shi-li
https://blog.csdn.net/weixin_44410537/article/details/86601694

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