前言
最近報(bào)名參加了恩智浦社區(qū)的 LPC55S69 開(kāi)發(fā)板測(cè)評(píng)活動(dòng)，由于其搭載的是一顆 Cortex-M33 Dual Core 的 CPU，而且有大佬已經(jīng)支持了 RT-Thread 的 BSP，就考慮使其支持 RT-Thread 框架下的 SMP，最近就一直在研究 SMP，并在 Raspberry-Pico 上做了一些實(shí)驗(yàn)。以下是一些我在學(xué)習(xí)過(guò)程中的心得體會(huì)，不對(duì)的地方歡迎大家指正交流~

SMP 簡(jiǎn)介
SMP: 對(duì)稱多處理（Symmetrical Multi-Processing）簡(jiǎn)稱 SMP，是指在一個(gè)計(jì)算機(jī)上匯集了一組處理器 (多 CPU), 各 CPU 之間共享內(nèi)存子系統(tǒng)以及總線結(jié)構(gòu)。雖然同時(shí)使用多個(gè)CPU，但是從管理的角度來(lái)看，它們的表現(xiàn)就像一臺(tái)單機(jī)一樣。系統(tǒng)將任務(wù)隊(duì)列對(duì)稱地分布于多個(gè)CPU之上，從而極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。RT-Thread 自 v4.0.0 版本開(kāi)始支持 SMP，在對(duì)稱多核上可以通過(guò)使能 RT_USING_SMP 來(lái)開(kāi)啟。

系統(tǒng)上電后，各 CPU 的啟動(dòng)流程如下圖所示：

每個(gè)次級(jí) CPU 自身硬件部分的初始化不能由 CPU0 完成，因?yàn)槠渥陨碛布荒苡善渌?CPU 訪問(wèn)。

關(guān)于 CPU 已經(jīng)支持了 SMP 的平臺(tái)
RT-Thread 的 libcpu 中有一些芯片類型已經(jīng)支持了 SMP 功能，例如 Cortex-A 系列。對(duì)于這樣的平臺(tái)，SMP 的移植工作就會(huì)簡(jiǎn)單很多，我們只需要實(shí)現(xiàn) rt_hw_secondary_cpu_up() ，secondary_cpu_c_start() ，rt_hw_secondary_cpu_idle_exec() 這三個(gè)函數(shù)即可，具體的移植介紹可以參考 RT-Thread 文檔中心SMP 介紹與移植

關(guān)于 CPU 還未支持 SMP 的平臺(tái)
RT-Thread 中還有一些 CPU 是沒(méi)有支持 SMP 的，例如 Cortex-M 系列的大部分 CPU，練手的 PICO 是 M0 ，準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)的 LPC55S69 是 M33，都是還沒(méi)有支持 SMP 的。對(duì)于這樣的平臺(tái)移植 SMP 就會(huì)相對(duì)麻煩。除了 rt_hw_secondary_cpu_up() ，secondary_cpu_c_start() ，rt_hw_secondary_cpu_idle_exec() 這三個(gè)函數(shù)，我們還需要補(bǔ)充 SMP 所需要的底層支持，主要是中斷和調(diào)度部分，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的共享資源保護(hù)，以及線程間的通訊和調(diào)度。

推薦大家先去看看 RT-Thread 文檔中心的相關(guān)資料，以及這篇文章：[RT-Thread學(xué)習(xí)筆記](méi) 中斷鎖、調(diào)度鎖與死鎖，最好再去看看 rt-threadsrc 目錄下的 scheduler.c 源碼。其中有許多 SMP 的相關(guān)實(shí)現(xiàn)。

CPU ID
scheduler.c 中已經(jīng)有 SMP 的相關(guān)支持，但是會(huì)發(fā)現(xiàn)，還需要 CPU 的個(gè)數(shù)及其對(duì)應(yīng)的 ID 等重要參數(shù)。所以我們首先要是實(shí)現(xiàn)的是 rt_hw_cpu_id() 這個(gè)函數(shù)。這個(gè)需要對(duì)應(yīng)自己開(kāi)發(fā)平臺(tái)的實(shí)際情況。

OS Tick
在 SMP 系統(tǒng)中，每個(gè) CPU 維護(hù)自己獨(dú)立的 tick 值，用作任務(wù)運(yùn)行計(jì)時(shí)以及時(shí)間片統(tǒng)計(jì)。除此之外，CPU0 還通過(guò) tick 計(jì)數(shù)來(lái)更新系統(tǒng)時(shí)間，并提供系統(tǒng)定時(shí)器的功能，次級(jí) CPU 不需要提供這些功能。這部分也是要針對(duì)使用的開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行配置。

處理器間中斷 IPI
處理器間中斷（Inter-Processor Interrupt）負(fù)責(zé) CPU 之間的相互通訊及處理，針對(duì)不同開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，我們還需要實(shí)現(xiàn)以下函數(shù)：

/* 該函數(shù)用來(lái)向 CPU 位圖中表示的 CPU 集合發(fā)送指定編號(hào)的 IPI 信號(hào) /
void rt_hw_ipi_send(int ipi_vector, unsigned int cpu_mask)
/ 函數(shù)為當(dāng)前 CPU 設(shè)置指定編號(hào) IPI 信號(hào)的處理函數(shù) */
void rt_hw_ipi_handler_install(int ipi_vector, rt_isr_handler_t ipi_isr_handler)
調(diào)度與同步
臨界區(qū)保護(hù)是需要特別注意的。對(duì)于 SMP 通過(guò)關(guān)中斷的方式并不能阻止多個(gè) CPU 對(duì)共享資源的并發(fā)訪問(wèn)，需要通過(guò)自旋鎖機(jī)制進(jìn)行保護(hù)(在次級(jí) CPU 啟動(dòng)中就需要使用）。我們就還需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)函數(shù)：

rt_hw_spin_lock_init() /* 初始化已分配的 spinlock 變量 /
rt_hw_spin_lock() / 獲取 spinlock，忙等待直到獲取成功 /
rt_hw_spin_unlock() / 釋放 spinlock */
需要定義自旋鎖：

typedef union {
unsigned long slock;
struct __arch_tickets {
unsigned short owner;
unsigned short next;
} tickets;
} rt_hw_spinlock_t;
不使用 SMP 的時(shí)候，在進(jìn)行調(diào)度等需要臨界資源保護(hù)的情況下，是通過(guò) rt_hw_interrupt_disable/enable 來(lái)屏蔽中斷進(jìn)行保護(hù)，但是在 SMP 中，對(duì) rt_hw_interrupt_disable/enable 進(jìn)行了替換，從而保證對(duì)共享資源訪問(wèn)的互斥：

/* 在 rthw.h 中 */
#ifdef RT_USING_SMP
#define rt_hw_interrupt_disable rt_hw_local_irq_disable
#define rt_hw_interrupt_enable rt_hw_local_irq_enable
#endif
因?yàn)?SMP 使用了多核，調(diào)度和同步的情況相較于單個(gè)處理器更加復(fù)雜和重要，這部分是移植的重點(diǎn)。需要針對(duì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的不同，對(duì)以下函數(shù)進(jìn)行重寫(xiě)（對(duì)于 Cortex-M 內(nèi)核，需要注意輔助上下文切換的 PendSV 也是一種中斷）：

/* 實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前線程切換到目標(biāo)線程，在 Cortex-M 內(nèi)核里 rt_hw_context_switch() 和 rt_hw_context_switch_interrupt() 功能一致 /
rt_hw_context_switch_interrupt:
rt_hw_context_switch:
/ 實(shí)現(xiàn)沒(méi)有來(lái)源線程切換到目標(biāo)線程 /
rt_hw_context_switch_to:
/ PendSV 中斷處理函數(shù)，在 Cortex-M 內(nèi)核里 PendSV 輔助完成上下文切換 */
PendSV_Handler:
這部分需要在 context_gcc.S 文件中實(shí)現(xiàn)。

移植 SMP 的重點(diǎn)是調(diào)度與同步，大家在移植之前，最好對(duì) RT-Thread 的調(diào)度流程和中斷機(jī)制有一定的學(xué)習(xí)和理解，這部分可以參考 RT-Thread 文檔中心，最好能配合著理解源碼的實(shí)現(xiàn)。我對(duì) RT-Thread 框架下的 SMP 目前的理解就是以上這些，歡迎大家交流討論。