消息隊列：開設(shè)兩個消息隊列，一個用于M4發(fā)送消息給M0,另一個則是M0發(fā)送消息給M4.兩個隊列的地址需事先約定好。隊列是循環(huán)隊列，可以使用簡單的數(shù)組配以讀、寫下標來實現(xiàn)，也可以使用鏈表結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。前者實現(xiàn)簡單、開銷小，但消息只能是定長，不便于攜帶其它信息，還有，就是必須把數(shù)組放置在共享內(nèi)存區(qū)連續(xù)的位置，靈活性低。基于鏈表的實現(xiàn)用指針鏈接每則消息，每則消息除了公共的鏈表控制部分外，還可以根據(jù)消息類別攜帶各種各樣的附加參數(shù)，并且可以由系統(tǒng)軟件的內(nèi)存管理機制靈活分配消息內(nèi)存，不過，缺點是相對復(fù)雜，額外開銷大。若涉及動態(tài)內(nèi)存管理，實時性將遠不如基于數(shù)組的方案。

　　消息隊列有一個缺點，就是消息的串行化處理，它沒有優(yōu)先級的概念。但實際上，我們有實時操作系統(tǒng)(RTOS)及嵌套中斷機制的支持，本應(yīng)實現(xiàn)消息的并發(fā)處理。

　　消息池：消息池在存儲結(jié)構(gòu)上其實是簡化的基于數(shù)組的消息隊列--去掉了隊列的讀、寫下標記錄器。池中每個元素是一個消息，并且有一個字節(jié)指示每個元素的狀態(tài)--空閑/已處理、新、半處理。當發(fā)送方寫入消息時，掃描數(shù)組以查找空閑位置;當接收方讀取消息時，也是掃描數(shù)組以查找狀態(tài)?？梢?，消息池是基于優(yōu)先級來處理消息的--小下標的元素優(yōu)先得到處理。

　　消息池的可掃描性實現(xiàn)了消息的并發(fā)處理，并且可以通過中斷上下文和任務(wù)上下文分兩次"反芻式"處理。在處理消息池的中斷服務(wù)例程中，先掃描各消息完成第一次處理，執(zhí)行消息中(如果有的話)對實時性要求較高的部分。如果系統(tǒng)中沒有使用RTOS,可以在后臺的主循環(huán)中，再接下來二次掃描消息池，以完成第二次處理。對于使用了RTOS的系統(tǒng)，可以根據(jù)消息的優(yōu)先級，創(chuàng)建或激活不同優(yōu)先級的任務(wù)，使消息"附身"在這些任務(wù)的上下文中得到第二次處理。

　　消息池的一大缺點就是不宜支持較大數(shù)目的待處理消息。如有需要，可以給每則消息添加鏈表控制字段，我們可以把同一優(yōu)先級的消息鏈成一串，從而徹底消除這一局限。

　　若干重要的細節(jié)

　　內(nèi)核互斥：偽并行的多任務(wù)之間需要互斥訪問共享資源，真并行的內(nèi)核之間更是如此。尤其關(guān)鍵的是，一個內(nèi)核無法關(guān)閉另一個內(nèi)核的中斷，因此還無法通過關(guān)中斷臨界區(qū)來保護。唯一能保證的，就是不會出現(xiàn)兩個內(nèi)核同時存取相同的地址。另外，由于架構(gòu)上的局限，無法使用"自旋鎖"來互斥。為此，我們可以通過施加一些編程準則來實現(xiàn)互斥。最簡易有效的方法，就是在相同地址上給每個內(nèi)核分別設(shè)置"只讀"或"只寫"的權(quán)限，或者是有條件的讀寫權(quán)限。比如，對于消息隊列的讀位置，只有接收方可以寫，而發(fā)送方只能讀取來判斷隊列是否空/滿。又如，對于消息池，盡管發(fā)送方和接收方對池中的元素狀態(tài)均可讀可寫，但有如下的條件：發(fā)送方只能把空閑狀態(tài)改為非空閑;接收方只能把各種非空閑的狀態(tài)改為空閑。再如，對于鏈表結(jié)構(gòu)，可以只允許發(fā)送方更新各種指針;接收方通過更改鏈表中元素的狀態(tài)和觸發(fā)中斷，以指示發(fā)送方更新各指針的時機。

　　內(nèi)核鑒別：M4向下兼容M0,這使我們可以重用很多的源代碼。但是，有時需要鑒別當前正在哪個內(nèi)核上運行。這有兩種方法，分別用于不同場合：如果在編譯期間鑒別即可，則可以在編譯器設(shè)置中，預(yù)定義諸如"CORE_M4"和"CORE_M0"的宏，使用C/C++的條件編譯來處理;若需要在運行期間區(qū)分，可以讀取一個名為"CPUID"的寄存器，根據(jù)CPUID的值來判定是M4還是M0.

　　初始化與可執(zhí)行映像：LPC4350在完成上電復(fù)位后，M4開始執(zhí)行代碼，而M0卻一直保持在復(fù)位狀態(tài)。這樣，我們也可以無視M0的存在，而只按單核MCU來使用。為使用M0,需要讓M4為M0準備好開始執(zhí)行的全部環(huán)境，包括寄存器上下文與地址空間等，然后釋放M0.當M0處在復(fù)位狀態(tài)時，我們可以通過JTAG發(fā)現(xiàn)M0,但是卻無法操作它。因此，如果要調(diào)試M0的程序，需要先給M4下載適當?shù)挠诚?，使其釋放M0才可，不可能在拿到一個空白的芯片后，直接先從M0動手。

　　盡管M4與M0各有自己的映像，但是我們可以把M0的映像內(nèi)含于M4的映像中，這樣在生產(chǎn)時只需要燒寫一次閃存。為了并入M0的映像，工具鏈通常會提供把映像轉(zhuǎn)換成C數(shù)組定義格式的功能。通過這個功能，我們把M0的映像轉(zhuǎn)換成一個C數(shù)組的表格，并且把它和M4的源文件一同編譯連接，這樣一來，M0的映像就嵌入到M4的映像中了。M4在初始化期間，要把M0的映像拷貝到準備讓M0執(zhí)行的位置。由于M0固定從零地址開始取向量，M4還需要設(shè)置M0的地址映射，把映像的首地址設(shè)置成為M0的零地址。

　　值得一提的是，這種"主控帶動協(xié)控"的設(shè)計哲學(xué)，也是被AMP普遍采用的。

　　調(diào)試時的細節(jié)：當我們使用調(diào)試仿真器連接MCU時，通常都會產(chǎn)生復(fù)位信號，但范圍可僅限于內(nèi)核，也可復(fù)位全片。在調(diào)試M0時，需設(shè)置復(fù)位范圍僅包括M0,避免殃及正在運行的M4.另外，也需要編寫適當?shù)恼{(diào)試初始化腳本，以準備好內(nèi)核的執(zhí)行環(huán)境。這些工作繁瑣，但具有高度的通用性，我們可以借鑒現(xiàn)有的腳本。

　　我們可以同時調(diào)試M4和M0:只需運行兩個獨立的IDE進程，分別打開相應(yīng)的工程即可。經(jīng)實踐，至少在MDK+ULINK下可行。

　　核間任務(wù)分工

　　M0沒有M4強大的處理能力，但是作為一個CPU,亦有完整的中斷系統(tǒng)和基本的算術(shù)與數(shù)據(jù)傳送能力，并且在LPC4350上，可以在高達204MHz的主頻下運行。合理地分擔(dān)一些任務(wù)給M0,才能利用雙核設(shè)計的優(yōu)勢。接下來，我們討論兩種主要的任務(wù)分工模型。

　　處理高頻中斷--智能"DMA":中斷的響應(yīng)是有額外開銷的：既包括CPU的中斷模型本身產(chǎn)生的硬件開銷，也包括操作系統(tǒng)的中斷管理產(chǎn)生的軟件開銷，當然，也還有中斷服務(wù)程序本身執(zhí)行的開銷。當中斷的頻率很高時(比如：高達幾十甚至幾百kHz)，中斷的響應(yīng)將對CPU時間產(chǎn)生不可忽略的額外開銷。更重要的是，中斷的響應(yīng)是由硬件處理，并凌駕于任務(wù)管理之上的，這可以影響任何任務(wù)的執(zhí)行而不論其優(yōu)先級如何。DMA明顯改善了這一狀況。但是當DMA通道或總線分配不足，或者是設(shè)備不受DMA支持時，我們就可以讓M0來響應(yīng)這些高頻的中斷，合理組織數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而如同一個智能的DMA一樣。

　　例如：在調(diào)光設(shè)備中，需要進行多達幾十甚至上百路的AD采樣來獲取每路燈光的預(yù)期亮度，以及同樣多的LED來指示實際輸出的亮度。后者需要非常多的PWM,極可能已超出硬件PWM通道的數(shù)目。因此，在實現(xiàn)AD采樣與軟件PWM時，均需要快速的通道數(shù)據(jù)流處理與高頻LED刷新，以保證PWM精度。這兩者很容易導(dǎo)致高達幾十kHz的中斷請求，僅中斷響應(yīng)的額外開銷就可占用一半以上的CPU時間。傳統(tǒng)的做法是使用若干顆MCU來分攤并由主控輪詢。在LPC4350下，則可由M0來處理這些任務(wù)。同樣的例子也適用于PLC應(yīng)用，它需要快速地刷新多路控制。

　　為弱計算操作提供額外的處理能力：M0的整體性能約是M4的72%,但對于弱計算操作(如：加減乘與邏輯運算，移位，以及簡單的數(shù)據(jù)傳送)，并沒有太多劣勢。弱計算操作在程序中往往占一半以上的比例，尤其體現(xiàn)在驅(qū)動程序及一些通信協(xié)議棧上。合理地分配一部分弱計算操作任務(wù)給M0,可以有效提升整體的處理能力。這樣，完成相同的任務(wù)只需更低的主頻，而降低功耗，或者反過來，能夠在有限的主頻下完成需求更大的任務(wù)。

　　例如：在高精密工業(yè)運動控制中，對于電機的控制往往需要運算量很大的算法，同時又要處理如CAN、工業(yè)以太網(wǎng)，以及各種現(xiàn)場總線的通信。我們可以讓M4來運行電機控制算法，而通信協(xié)議棧與驅(qū)動程序則由M0來完成。同樣的例子也適用于嵌入式音頻--由M4執(zhí)行音頻編解碼與音效處理算法，而M0則負責(zé)音頻總線、USB等事務(wù)。

　　本文小結(jié)

　　通過以上的介紹可以看出，相比傳統(tǒng)的使用多顆MCU的方案，非對稱雙核MCU在性能、成本、功耗、生產(chǎn)等諸多環(huán)節(jié)都有明顯的優(yōu)勢。核間通信稍顯復(fù)雜，但作為基礎(chǔ)設(shè)施可由底層系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)。在具體開發(fā)時，應(yīng)根據(jù)實際問題合理分配任務(wù)，并且在初始化流程、內(nèi)核鑒別以及調(diào)試上，需注意一些操作細節(jié)。