多核處理器及其串口復用方法
2023-05-11 16:43:16 4
專利名稱：多核處理器及其串口復用方法
技術領域：
本發明涉及多核處理器領域，尤其涉及在多核處理器運行多個嵌入式作業系統時，實現一種復用串口的技術。
背景技術：
高性能多核處理器在嵌入式系統中得到了廣泛的應用，多核處理器多個內核的不同線程可以獨立運行嵌入式作業系統，目前主流的嵌入式作業系統都可以通過基於目標單板的串口Shell進行列印和調試，給軟體開放帶來極大的便利。
然而多核處理器系統的串口資源極其有限，不可能為每個內核線程固定一個串口，所以通常可以通過硬體設計電路擴展串口，達到增加串口個數的目的，因為大部分串口資源在大部分時間都閒置，會造成串口資源的浪費，同時也增加了成本；或者像CN200510030862專利，它是通過硬體切換模塊控制串口在GPS串口和CPU串口之間切換，達到復用串口的目的，這種復用帶有明顯的互斥性，當前時刻串口只能被一個設備獨佔，其他設備無法使用串口，同時硬體切換串口時可能會造成正在使用串口的軟體數據丟失。
為了充分發揮串口在多核處理器中的作用，通過軟體控制串口在多個內核線程間切換是一種很好的解決問題的方法，不但提高了串口資源的利用率，而且可控性和可靠性都能得到保證。
發明內容
本發明的一個目的在於克服在串口資源受限的嵌入式系統中串口無法充分復用的缺點，因此提出一種通過利用多核處理器內部消息機制、共享內存、以及中斷切換等機制共同完成串口在各個內核線程之間復用的方法。
根據本發明的一個方面，提供了一種多核處理器，包括多核多線程處理器，用於運行至少一個內核線程，以及在接收到切換控制模塊的切換控制消息後，進行串口在內核線程間的切換；串口，用於將多核多線程處理器的至少一個內核線程的數據發送至外部，並與用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行數據交互；以及切換控制模塊，連接於串口和多核多線程處理器之間，用於控制多核多線程處理器中的一個或多個內核線程的切換以共享串口。
切換控制模塊定時向多核多線程處理器發送切換控制消息。切換控制模塊向用戶提供各個內核線程的運行信息，在用戶指示切換串口主控內核線程的情況下，切換控制模塊向多核多線程處理器發送切換控制命令。
多核多線程處理器在上電後進行以下處理由用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序；為多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，在共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；串口主控內核線程向各個內核線程發送串口初始化完成消息，串口初始化完成消息包括串口控制信息在共享內存中的地址；以及在允許使用串口的情況下，各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至串口主控內核線程，串口主控內核線程根據通知消息將數據緩衝區中的數據通過串口發送到外部。
多核多線程處理器在接收到切換控制消息後進行以下處理串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到目的內核線程；目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將共享內存中的串口主控內核線程號修改為目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，其他內核線程將目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用於多核處理器的串口復用方法，該方法包括以下步驟步驟S202，多核處理器上電後，由用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，為多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，並在共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；步驟S204，串口主控內核線程向各個內核線程發送串口初始化完成消息，串口初始化完成消息包括串口控制信息在共享內存中的地址；步驟S206，在允許使用串口的情況下，各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至串口主控內核線程，串口主控內核線程根據通知消息將數據緩衝區中的數據通過串口發送到外部；步驟S208，在需要切換內核線程的情況下，串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到目的內核線程；以及步驟S210，目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將共享內存中的串口主控內核線程號修改為目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，其他內核線程將目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
切換控制模塊定時向多核多線程處理器發送切換控制消息。切換控制模塊向用戶提供各個內核線程的運行信息，在用戶指示切換串口主控內核線程的情況下，切換控制模塊向多核多線程處理器發送切換控制命令。
在本發明中，多核處理器中的至少一個內核線程共享串口可以用於列印。
通過實施本發明，多個內核線程通過軟體控制復用串口可以節省硬體資源和成本，提高了串口的利用率；列印信息級別的控制節省了內核線程消息通訊帶寬，同時通過串口中斷在各內核線程上的切換，使用內核線程運行作業系統自帶的Shell程序，極大的方便了軟體的開發調試。
本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定，附圖中相同的參考標號表示相同的元件。在附圖中圖1A和圖1B是分別示出現有串口應用的結構示意圖；
圖2是示出根據本發明的多核處理器的框圖；圖3是示出根據本發明的多核處理器的串口復用方法的流程圖；圖4是示出根據本發明一個實施例的多核處理器的串口復用方法的流程圖；圖5是示出根據本發明另一個實施例的復用串口方法的示意圖；以及圖6是根據本發明實施例的復用串口方法的軟體流程圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，詳細說明本發明的具體實施方式
。
圖2是示出根據本發明的多核處理器的框圖。參照圖2，根據本發明的多核處理器200包括多核多線程處理器202，用於運行至少一個內核線程，以及在接收到切換控制模塊的切換控制消息後，進行串口在內核線程間的切換；串口204，用於將多核多線程處理器的至少一個內核線程的數據發送至外部，並與用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行數據交互；以及切換控制模塊206，連接於串口和多核多線程處理器之間，用於控制多核多線程處理器中的一個或多個內核線程的切換以共享串口。
切換控制模塊206定時向多核多線程處理器發送切換控制消息，向用戶提供各個內核線程的運行信息，並在用戶指示切換串口主控內核線程的情況下，切換控制模塊向多核多線程處理器發送切換控制命令。
多核多線程處理器202在上電後進行以下處理由用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序；為多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，在共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；串口主控內核線程向各個內核線程發送串口初始化完成消息，串口初始化完成消息包括串口控制信息在共享內存中的地址；以及在允許使用串口的情況下，各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至串口主控內核線程，串口主控內核線程根據通知消息將數據緩衝區中的數據通過串口發送到外部。
多核多線程處理器202在接收到切換控制消息後進行以下處理串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到目的內核線程；目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將共享內存中的串口主控內核線程號修改為目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，其他內核線程將目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
在該裝置中，多核多線程處理器的一個或多個內核線程共享串口進行列印。
圖3是示出根據本發明的多核處理器的串口復用方法的流程圖。參照圖3，根據本發明的多核處理器的串口復用方法包括以下步驟步驟S302，多核處理器上電後，由用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，為多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，並在共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；步驟S304，串口主控內核線程向各個內核線程發送串口初始化完成消息，串口初始化完成消息包括串口控制信息在共享內存中的地址；步驟S306，在允許使用串口的情況下，各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至串口主控內核線程，串口主控內核線程根據通知消息將數據緩衝區中的數據通過串口發送到外部；步驟S308，在需要切換內核線程的情況下，串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到目的內核線程；以及步驟310，目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將共享內存中的串口主控內核線程號修改為目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，其他內核線程將目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
在該方法中，切換控制模塊定時向多核多線程處理器發送切換控制消息，向用戶提供各個內核線程的運行信息，並在用戶指示切換串口主控內核線程的情況下，向多核多線程處理器發送切換控制命令。
在該方法中，多核處理器中的至少一個內核線程共享串口進行列印。
下面結合圖4～圖6來詳細說明本發明的實施例。
圖4是示出根據本發明一個實施例的多核處理器的串口復用方法的流程圖。參照圖4，根據本發明一個實施例的多核處理器的串口復用方法包括以下步驟
步驟S402，上電後，串口中斷掛接的內核線程稱為串口主控內核線程，由串口主控內核線程完成串口晶片初始化、串口驅動的加載，打開中斷控制器中的串口中斷屏蔽位，使能串口中斷；初始化基於串口的Shell，建立共享內存，為各內核線程分配獨立的列印緩衝區；步驟S404，串口主控內核線程在共享內存中建立各內核線程的串口控制信息，包括列印緩衝區起始地址、緩衝區大小、允許列印級別、串口主控內核線程號；步驟S406，串口主控內核線程向各其他內核線程發送串口初始化完成消息，該消息包括在共享內存中串口控制信息的地址；步驟S408，各內核線程收到串口初始化完成消息後，判斷當前列印級別變量的值是否與允許列印信息的級別相匹配，如果匹配則將列印信息存放在共享內存已分配的列印緩衝區中，同時發送消息通知串口主控內核線程，消息中攜帶列印消息在共享內存中的地址；串口主控內核線程根據收到的消息解析出地址和長度，並將該地址中的字符串送往串口列印；步驟S410，根據調試需要，由串口主控內核線程發起切換串口流程，串口主控內核線程禁止當前串口中斷，卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程，並發送消息通知目的內核線程開始切換串口；步驟S412，目的內核線程收到開始串口切換消息後，初始化串口晶片，加載串口驅動，打開中斷控制器中的串口中斷屏蔽位，使能串口中斷；初始化基於串口的Shell；此時目的內核線程變為控制串口的串口主控內核線程；
步驟S414，修改共享內存中的串口主控內核線程號，發送消息通知所有內核線程初始化完成消息；以及步驟S416，其他各內核線程將列印信息發送到新的串口主控內核線程，由當前的串口主控內核線程處理其他各線程發送的列印消息。
現有使用串口方法如圖1A所示，包括多核多線程處理器100、串口120、內核線程101。串口120掛接在內核線程101上，其他內核線程通過內核線程的核間消息共享使用該串口120，這種方式雖然節省了串口120，但對於其他內核線程如果有較多調試信息通過核間消息傳遞，會佔用較多的核間消息通訊帶寬，同時對於單個內核線程調試時不能直接使用該內核線程上作業系統自帶的Shell程序，會給軟體開發調試帶來很大的不便。
現有使用串口方法如圖1B所示，通過擴展串口120的個數使得每個串口120對應一個內核線程101，很明顯在閒置不用時會造成串口120資源的浪費。
圖5是本發明所述復用串口方法示意圖，與前述方法相比增加了切換控制模塊510，切換控制模塊運行在各內核線程101中，可以通過軟體控制串口給指定的內核線程101使用，其他內核線程將列印消息寫入共享內存，由當前控制串口的內核線程負責接收，可以方便的根據需要使用串口調試當前指定的內核線程，同時不影響其他內核線程的列印信息通道。
圖6是根據本發明實施例的復用串口方法的軟體流程圖。參照圖6，根據本發明實施例的復用串口方法的軟體流程包括以下步驟步驟S602，系統上電；步驟S604，由串口主控內核線程完成串口晶片初始化、串口驅動的加載，打開中斷控制器中的串口中斷屏蔽位，使能串口中斷；
步驟S606，初始化基於串口的Shell，建立共享內存，為各內核線程分配獨立的列印緩衝區；步驟S608，串口主控內核線程在共享內存中建立各內核線程的串口控制信息；步驟S610，判斷是否為切換串口消息；步驟S612，如果是列印消息，串口主控內核線程根據收到的消息解析出地址和長度，並將該地址中的字符串送往串口列印；步驟S614，如果是切換串口消息，串口主控內核線程禁止當前串口中斷卸載串口驅動程序，將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程；步驟S616，串口主控內核線程通知目的內核線程開始切換串口；步驟S618，目的內核線程初始化串口晶片，加載串口驅動，使能串口中斷，初始化Shell；以及步驟S620，修改共享內存中串口主控內核線程號。
採用本發明所述方法，與現有技術相比，多個內核線程通過軟體控制復用串口可以節省硬體資源和成本，提高了串口的利用率；列印信息級別的控制節省了內核線程消息通訊帶寬，同時通過串口中斷在各內核線程上的切換，使用內核線程運行作業系統自帶的shell程序，極大的方便了軟體的開發調試。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種多核處理器，其特徵在於，包括多核多線程處理器、串口和切換控制模塊，其中所述多核多線程處理器，用於運行至少一個內核線程，以及在接收到所述切換控制模塊的切換控制消息後，進行所述串口在內核線程間的切換；所述串口，用於將所述多核多線程處理器的所述至少一個內核線程的數據發送至外部，並與用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行數據交互；以及所述切換控制模塊，連接於所述串口和所述多核多線程處理器之間，用於控制所述多核多線程處理器中的所述一個或多個內核線程的切換以共享所述串口。
2.根據權利要求1所述的多核處理器，其特徵在於，所述切換控制模塊定時向所述多核多線程處理器發送所述切換控制消息。
3.根據權利要求1所述的多核處理器，其特徵在於，所述切換控制模塊向用戶提供所述各個內核線程的運行信息，在用戶指示切換所述串口主控內核線程的情況下，所述切換控制模塊向所述多核多線程處理器發送所述切換控制命令。
4.根據權利要求2或3所述的多核處理器，其特徵在於，所述多核多線程處理器在上電後進行以下處理由所述串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序；為所述多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，在所述共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；所述串口主控內核線程向所述各個內核線程發送串口初始化完成消息，所述串口初始化完成消息包括串口控制信息在所述共享內存中的地址；以及在允許使用所述串口的情況下，所述各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至所述串口主控內核線程，所述串口主控內核線程根據所述通知消息將所述數據緩衝區中的數據通過所述串口發送到外部。
5.根據權利要求4所述的多核處理器，其特徵在於，所述多核多線程處理器在接收到所述切換控制消息後進行以下處理所述串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到所述目的內核線程；所述目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將所述共享內存中的串口主控內核線程號修改為所述目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，所述其他內核線程將所述目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
6.根據權利要求5所述的多核處理器，其特徵在於，所述多核多線程處理器的一個或多個內核線程共享所述串口進行列印。
7.一種用於多核處理器的串口復用方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟步驟一，多核處理器上電後，由用於串口中斷掛接的串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建共享內存，初始化基於串口的Shell程序，為所述多核處理器中運行的各個內核線程分配獨立的數據緩衝區，並在所述共享內存中建立各個內核線程的串口控制信息；步驟二，所述串口主控內核線程向所述各個內核線程發送串口初始化完成消息，所述串口初始化完成消息包括串口控制信息在所述共享內存中的地址；步驟三，在允許使用所述串口的情況下，所述各個內核線程將需要發送的數據放入分配的數據緩衝區中並將通知消息發送至所述串口主控內核線程，所述串口主控內核線程根據所述通知消息將所述數據緩衝區中的數據通過所述串口發送到外部；步驟四，在需要切換所述內核線程的情況下，所述串口主控內核線程發起切換串口流程，禁止當前串口中斷並卸載串口驅動程序，同時將串口中斷掛接到需要切換到的目的內核線程並發送串口切換通知消息到所述目的內核線程；步驟五，所述目的內核線程作為串口主控內核線程進行初始化和加載驅動程序，使能串口中斷，建立共享內存，初始化基於串口的Shell程序，將所述共享內存中的串口主控內核線程號修改為所述目的內核線程的線程號，並將初始化完成消息發送至所有內核線程，所述其他內核線程將所述目的內核線程作為串口主控內核線程進行後續處理。
8.根據權利要求7所述的多核處理器，其特徵在於，所述切換控制模塊定時向所述多核多線程處理器發送所述切換控制消息。
9.根據權利要求7所述的多核處理器，其特徵在於，所述切換控制模塊向用戶提供所述各個內核線程的運行信息，在用戶指示切換所述串口主控內核線程的情況下，所述切換控制模塊向所述多核多線程處理器發送所述切換控制命令。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的串口復用方法，其特徵在於，所述多核處理器中的至少一個內核線程共享所述串口進行列印。
全文摘要
本發明披露了一種多核處理器和用於多核處理器的串口復用方法包括多核多線程處理器，用於運行至少一個內核線程，以及在接收到切換控制模塊的切換控制消息後，進行串口在內核線程間的切換；串口，用於將多核多線程處理器的至少一個內核線程的數據發送至外部，並與串口主控內核線程進行數據交互；以及切換控制模塊，連接於串口和多核多線程處理器之間，用於控制多核多線程處理器中的一個或多個內核線程的切換以共享串口。
文檔編號G06F15/16GK101067794SQ20071010866
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者趙陽, 於偉, 賈皓昕, 王守林, 楊凡 申請人:中興通訊股份有限公司