CN112905395B

CN112905395B - 一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统

Info

Publication number: CN112905395B
Application number: CN202110268292.7A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 罗恒; 刘蓬侠; 徐雪刚; 艾明哲; 伍玉良; 胡佑焱; 陈东泽; 孙大为; 郑琪
Original assignee: Hunan Greatwall Galaxy Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Greatwall Galaxy Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN112905395A

Abstract

本发明公开了一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，适用于含有多个/单个DSP核和多个/单个CPU核的处理器，其中DSP核包括DSP自纠错主启动核和DSP自纠错从启动核，CPU核和DSP从核作为自纠错启动系统的从核，DSP主启动核负责执行Boot主流程，并且基于EDAC模块保证Boot搬移程序的正确性；CPU核与DSP主/从核根据DSP主启动核设置的启动完成标志，判断入口地址是否有效，进而判断是否执行用户程序；Boot期间，DSP主启动核定期访问看门狗来保证处理器工作正常，否则看门狗可触发系统复位来避免软错误带来的处理器宕机问题。本发明支持多种启动方式，具有启动简便、高能效、高可靠性的优点，为面向无人平台高能效、高可靠自启动提供了一条技术路线。

Description

一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统

技术领域

本发明主要涉及微处理器技术领域，具体地说，涉及一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统。

背景技术

随着微电子技术的发展，片上集成能力每18个月就能够翻一番，使得原先的板级系统能够单片集成，形成所谓的片上系统(SOC)，进一步拓展了微处理器的应用领域。然而，随着片上异构通用处理内核数量/种类的增加，如何设计出满足应用需求同时物理开销小的启动方法是当前异构多核/众核微处理器设计中的一个难点。

目前相关的方法有，TI公司的DSP+ARM异构SOC，实现的BOOT方案使用的是将ARM为主核，DSP作为从核，由ARM核实现用户程序的引导加载，主核完成主要逻辑功能后，设置完成标志，所有的核根据完成标志，再各自跳转到各自的用户程序。该方法可实现多种启动模式，但上述方法的缺点是配置段使用复杂，启动过程耗时长，可靠性差，且物理开销大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，通过实现DSP+CPU多核异构SOC芯片的BOOT启动管理，并以DSP主启动核作为主启动核，DSP从核和CPU核作为从核，支持EMIF、UART、I2C、SPI、GMAC、PCIE等多种启动方式，用户可灵活选择启动方式，解决了芯片从上电复位到执行芯片外各类存储器空间的用户程序的技术问题。

本发明的一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，所述自纠错启动系统支持DSP和CPU多核/众核异构的SOC BOOT启动，包括多个/单个DSP核和多个/单个CPU核，所述DSP核包括DSP主启动核和DSP从核，所述CPU核和DSP从核作为所述自纠错启动系统的从核，所述DSP主启动核作为所述自纠错启动系统的主启动核，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程，将用户程序从外部存储空间，至少加载到SOC的片内存储空间，用户程序为多个核的用户程序，遵循特定的组成格式，该组成格式约定了用户程序的搬移位置和各个核的入口地址，所述DSP主启动核解析SOC的片上固件代码RBL程序，配置用于搬移用户程序的外设接口I/O，基于外设接口I/O将用户程序搬移至片上可寻址空间，BOOT启动过程中基于EDAC模块实现用户程序检测与纠错，防止因搬移用户程序错误导致系统宕机，并根据该组用户程序，解析各个核的启动地址，设置所述CPU核和DSP从核的启动地址，所述DSP主启动核完成加载过程后，设置BOOT完成标志，跳转到指定入口地址，执行用户程序，同时，在上述BOOT启动过程中，DSP主启动核定期访问片上系统级看门狗，如果程序因软错误跑飞导致系统宕机，当达到阈值时间后，看门狗可触发系统级复位，并将系统控制寄存器DEVSTAT的最高位置1，系统退出复位后，DSP主启动核将采用备选启动方案启动；所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序。

进一步地，所述BOOT支持包括非搬移模式、从级搬移模式和主机搬移模式的三种启动模式，启动模式的选择通过片外启动模式引脚设置。

进一步地，所述自纠错启动系统还包括BOOTROM模块，所述BOOTROM模块是实现BOOT的硬件逻辑部分，其挂接在片内网络上，具体包括BOOTROM存储器、程序入口和读写逻辑，以及EDAC模块，所述BOOTROM存储器存储BOOT引导程序，所述BOOT引导程序为RBL程序。

进一步地，所述DSP主启动核通过读取启动模式参数，判断选择的启动模式与设备，进而确定为非搬移模式、从级搬移模式或主机搬移模式启动模式，同时确定具体的设备以及板级参考时钟频率。

进一步地，所述自纠错启动系统还包括Boot程序，所述Boot程序分为两种，一种是非搬移模式格式，一种是搬移模式格式，其中，非搬移模式格式不需要将BOOT程序从片外搬移至片上存储，用户程序放在flash地址空间，DSP核可以直接访问并运行；搬移模式格式适用于从级搬移模式和主机搬移模式启动模式，搬移模式格式规定了各个用户程序和数据如何布局，BOOT程序在读取搬移模式格式的image时按照格式的约定，解析数据及目的地址，将数据写入到目的地址中；所述RBL程序包含纠错码机制，具体表现为：在于每4位后面增加1位校验位，当数据从片外搬移到片上的过程中出现意外翻转时，可通过硬件校验机制完成纠错。

进一步地，所述搬移模式格式包含多个段和一个结束标志，其中，多个段包括配置段、用户段和入口段，配置段为可选段。

进一步地，用于搬移用户程序的外设接口I/O包括并列设置的可寻址flash I/O、主端口I/O和从端口I/O。

进一步地，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程的具体过程为：

S100、系统退出复位后，Boot主流程开始；

S101、CORESEL选择主启动核；

S102、判断是上电复位还是热复位，若是上电复位，开启看门狗后进入步骤S103；若是热复位，开启看门狗后进入步骤S109；

S103、判断DSP主启动核访问DEVSTAT寄存器的最高位是否为1，若是，进入步骤S105，反之，进入步骤S104；

S104、DSP主启动核访问DEVSTAT寄存器，获取启动模式配置信息，根据启动模式的不同，分别进入S105、S105’和S105”；

S105、若为非搬移模式启动模式，则设备选择可寻址flash I/O，再进入步骤S106；

S105’、若为主机搬移模式启动模式，则设备选择主端口I/O，再进入步骤S106；

S105”、若为从级搬移模式启动模式，则设备选择从端口I/O，再进入步骤S106；

S106、基于S105、S105’、S105”选择的I/O将用户程序搬移至片上存储空间；

S107、基于EDAC模块，检测、纠错搬移至片上的用户程序是否有错，如果有错，则自动纠错，保证后续程序正常运行；并将标志位至1，说明搬移工作完成；

S108、解析用户程序，初始化DSP主启动核、DSP从核和CPU核用户入口地址；

S109、判断DSP主启动核入口地址是否为0，若是，则返回重新判断；若否，则进入步骤S110；

S110、跳转到入口地址，开始执行用户程序。

进一步地，所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序具体表现为：所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否为0，若是，则返回重新访问入口地址寄存器；若否，则开始执行用户程序。

进一步地，所述DSP主启动核通过coresel机制任意指定；和/或所述CPU核包括任意CISC和/或RISC指令集的中央控制器。

本发明的自纠错启动系统，支持DSP和CPU多核异构的SOC BOOT启动，以DSP核为主启动核，CPU核为从核，且CPU核优选为ARM核，而非传统使用ARM核作为主启动核，具体表现为，包括多个DSP核和多个CPU核，所述DSP核包括DSP主启动核和DSP从核，所述CPU核和DSP从核作为所述自纠错启动系统的从核，所述DSP主启动核作为所述自纠错启动系统的主启动核，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程，将用户程序从外部存储空间，至少加载到SOC的片内存储空间，用户程序为多个核的用户程序，遵循特定的组成格式，该组成格式约定了用户程序该搬移的位置和各个核的入口地址，所述DSP主启动核解析SOC的片上固件代码RBL程序，配置用于搬移用户程序的外设接口I/O，基于外设接口I/O将用户程序搬移至片上可寻址空间，BOOT启动过程中基于EDAC模块实现用户程序检测与纠错，防止因搬移用户程序错误导致系统宕机，并根据该组用户程序，解析各个核的启动地址，设置所述CPU核和DSP从核的启动地址，所述DSP主启动核完成加载过程后，设置BOOT完成标志，所有的核根据BOOT完成标志，跳转到指定入口地址，执行用户程序，同时，在上述BOOT启动过程中，DSP主启动核定期访问片上系统级看门狗，如果程序因软错误跑飞导致系统宕机，当达到阈值时间后，看门狗可触发系统级复位，并将系统控制寄存器DEVSTAT的最高位置1，系统退出复位后，DSP主启动核将采用备选启动方案启动；所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序。通过上述设置，使得芯片在启动后能根据启动模式自动选择从指定存储区引导加载用户程序，并执行用户程序，支持通过EMIF、I2C、SPI、UART、PCIe、SRIO、GMAC等多种设备BOOT模式，每种设备BOOT模式包含多种配置方式，解决了芯片从上电复位到执行芯片外各类存储器空间的用户程序的技术问题，同时，基于EDAC模块也保证了Boot搬移程序的正确性。此外，Boot期间，DSP主启动核定期访问看门狗来保证处理器工作正常，否则看门狗可触发系统复位来避免软错误带来的处理器宕机问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明中芯片上电后自动锁存到DEVSTAT寄存器中启动模式的具体函数说明图；

图2是本发明搬移模式格式图；

图3是本发明执行Boot主流程的流程图；

图4本发明DSP从核和CPU核的BOOT流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明公开了一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，该自纠错启动系统支持DSP和CPU多核异构的SOC BOOT启动，优选地，CPU核为ARM核，但不仅限于此。上述自纠错启动系统具体包括多个/单个DSP核和多个/单个ARM核，其中，DSP核包括DSP主启动核和DSP从核，ARM核和DSP从核作为该自纠错启动系统的从核，所述DSP主启动核作为所述自纠错启动系统的主启动核，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程，将用户程序从外部存储空间，加载到SOC的片内存储空间(片内存储空间包括L2、L3、DDR等空间)，用户程序为多个核的用户程序，遵循特定的组成格式，该组成格式约定了用户程序的搬移位置和各个核的入口地址，所述DSP主启动核解析SOC的片上固件代码RBL程序，配置用于搬移用户程序的外设接口I/O，基于外设接口I/O将用户程序搬移至片上可寻址空间，BOOT启动过程中基于EDAC(Error Detection And Correction，错误检测与纠正)模块实现用户程序检测与纠错，防止因搬移用户程序错误导致系统宕机，并根据该组成格式解析用户程序，搬移数据，解析各个核的启动地址，设置所述ARM核和DSP从核的启动地址，所述DSP主启动核完成加载过程后，设置BOOT完成标志，所有的核根据BOOT完成标志，跳转到指定入口地址，执行用户程序，同时，在上述BOOT启动过程中，DSP主启动核定期访问片上系统级看门狗，如果程序因软错误跑飞导致系统宕机，当达到阈值时间后，看门狗可触发系统级复位，并将系统控制寄存器DEVSTAT的最高位置1，系统退出复位后，DSP主启动核将采用备选启动方案启动(非搬移模式启动模式)；所述ARM核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序。优选地，上述用于搬移用户程序的外设接口I/O至少包括并列设置的可寻址flash I/O、主端口I/O和从端口I/O。

此外，作为本发明的优选实施例，所述CPU核包括任意CISC和/或RISC指令集的中央控制器。

需要说明的是，如图4所示，所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序具体表现为：所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否为0，若是，则返回重新访问入口地址寄存器；若否，则开始执行用户程序。

在进一步地技术方案中，BOOT支持多种启动模式，具体包括非搬移模式、从级搬移模式和主机搬移模式三种启动模式，启动模式的选择通过片外启动模式引脚设置。优选地，该引脚设置共16位，具体表示为0～15，由芯片上电后自动锁存到DEVSTAT寄存器中，其中，0～3代表设备，4～12代表设备配置(设备工作模式)，13～15代表板级参考时钟信号。中芯片上电后自动锁存到DEVSTAT寄存器中启动模式的具体函数说明图参见图1。需要说明的是，引脚设置并不仅限于此。

本发明中DSP主启动核通过读取启动模式参数，判断选择的启动模式与设备，进而确定为非搬移模式、从级搬移模式和主机搬移模式中哪一种启动模式，同时确定具体的设备以及板级参考时钟频率。

同时，为实现BOOT方案，本发明还包括BOOTROM模块，BOOTROM模块是实现BOOT方案的硬件逻辑部分，挂接在片内网络上，BOOTROM包括三个部分，即BOOTROM存储器、程序入口、读写逻辑以及EDAC模块，BOOTROM存储器存储BOOT引导程序，该BOOT引导程序为RBL程序。该RBL程序包含纠错码机制，具体表现为：在于每4位后面增加1位校验位，当数据从片外搬移到片上的过程中出现意外翻转时，可通过硬件校验机制完成纠错。此外，BOOTROM存储器程序构成要素见表1：

表1 BOOTROM存储器程序构成要素表

作为本发明的优选实施例，自纠错启动系统还包括Boot程序，所述Boot程序分为两种，一种是非搬移模式格式，一种是搬移模式格式。

非搬移模式格式不需要将BOOT程序从片外搬移至片上存储，用户程序放在flash空间，DSP核可以直接访问并运行。

搬移模式格式适用于从级搬移模式和主机搬移模式启动模式，搬移模式格式规定了各个用户程序和数据如何布局，BOOT程序在读取搬移模式格式的image时按照格式的约定，解析数据及目的地址，将数据写入到目的地址中。

搬移模式格式包含多个段和一个结束标志，即结束标志为0x00000000，即段的长度为0，不再需要读入数据。搬移模式格式一共有三种类型的段，即配置段、用户段、入口段，配置段为可选段。优选地，配置段以0xFFFFFFFF为结束标志，入口段结束标志为0x00000000，但不仅限于此。搬移模式格式如图2所示。图2中，配置段包含若干个配置程序段，具体表现为配置程序0和配置程序n，n为大于0的任意自然数，每个配置程序段优选包括32位的段字节数，32位的段地址以及多个数据；用户段包括若干用户程序段，具体表现为用户程序段0和用户程序段n；入口段即为程序入口段。需要说明的是，每个配置程序段的段字节数和段地址并不仅限于32位，还可以为8位、64位或128位等。

如图3所示，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程的具体过程为：

S100、系统退出复位后，Boot主流程开始；

S101、CORESEL选择主启动核；

S103、判断DSP主启动核访问DEVSTAT寄存器的最高位是否为1(需要说明的是，DEVSTAT寄存器的最高位默认为0，其最高位表示为DEVSTAT[31])，若是，进入步骤S105，反之，进入步骤S104；

S104、DSP主启动核访问DEVSTAT寄存器，获取启动模式配置信息，根据启动模式的不同，分别进入S105、S105’和S105”；需要说明的是，DSP主启动核具体访问DEVSTAT寄存器最高位的前一位(即DEVSTAT[30])；

S110、跳转到入口地址，开始执行用户程序。

需要说明的是，上述过程中可寻址flash I/O对应EMIF，主端口I/O对应GMAC、SRIO和PCIe，从端口I/O对应EMIF、SPIO、I2C和SPI。

综上所述，本发明的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，支持DSP和CPU多核异构的SOC BOOT启动，使得芯片在启动后能根据启动模式自动选择从指定存储区引导加载用户程序，并执行用户程序，支持通过EMIF、I2C、SPI、UART、PCIe、SRIO、GMAC等多种设备BOOT模式，每种设备BOOT模式包含多种配置方式，解决了芯片从上电复位到执行芯片外各类存储器空间的用户程序的技术问题，同时，基于EDAC模块也保证了Boot搬移程序的正确性。此外，Boot期间，DSP主启动核定期访问看门狗来保证处理器工作正常，否则看门狗可触发系统复位来避免软错误带来的处理器宕机问题。

故此，相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明为特定应用场景(如无人微系统平台)处理器自启动提供了一种高可靠、高能效、实时性好的实现方案。

2、本发明增加入口段，具体为程序入口段，对多核处理器的每个核指定入口地址，为多核/单核同时启动、分时启动，执行多线程、多任务提供实现方案。

3、取消参数表，对参数的设置存放在设备的配置中。

4、可支持任意外设启动，从而最大化该方案的可移植性，保证方案在任意处理器上的可实现性。

5、提高了板级系统的集成度，有利于系统小型化、微型化。

6、基于EDAC模块也保证了Boot搬移程序的正确性。

7、Boot期间，通过DSP主启动核定期访问看门狗来保证处理器工作正常，进而可避免软错误带来的处理器宕机问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述自纠错启动系统支持DSP和CPU多核/众核异构的SOC BOOT启动，包括多个/单个DSP核和多个/单个CPU核，所述DSP核包括DSP主启动核和DSP从核，所述CPU核和DSP从核作为所述自纠错启动系统的从核，所述DSP主启动核作为所述自纠错启动系统的主启动核，所述DSP主启动核负责执行Boot主流程，将用户程序从外部存储空间，至少加载到SOC的片内存储空间，用户程序为多个核的用户程序，遵循特定的组成格式，该组成格式约定了用户程序的搬移位置和各个核的入口地址，所述DSP主启动核解析SOC的片上固件代码RBL程序，配置用于搬移用户程序的外设接口I/O，基于外设接口I/O将用户程序搬移至片上可寻址空间，BOOT启动过程中基于EDAC模块实现用户程序检测与纠错，防止因搬移用户程序错误导致系统宕机，并根据该组成格式解析用户程序，解析各个核的启动地址，设置所述CPU核和DSP从核的启动地址，所述DSP主启动核完成加载过程后，设置BOOT完成标志，跳转到指定入口地址，执行用户程序，同时，在上述BOOT启动过程中，DSP主启动核定期访问片上系统级看门狗，如果程序因软错误跑飞导致系统宕机，当达到阈值时间后，看门狗可触发系统级复位，并将系统控制寄存器DEVSTAT的最高位置1，系统退出复位后，DSP主启动核将采用备选启动方案启动；所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序；

所述DSP主启动核负责执行Boot主流程的具体过程为：

S100、系统退出复位后，Boot主流程开始；

S101、CORESEL选择主启动核；

S110、跳转到入口地址，开始执行用户程序。

2.根据权利要求1所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述BOOT支持包括非搬移模式、从级搬移模式和主机搬移模式的三种启动模式，启动模式的选择通过片外启动模式引脚设置。

3.根据权利要求2所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，还包括BOOTROM模块，所述BOOTROM模块是实现BOOT的硬件逻辑部分，其挂接在片内网络上，具体包括BOOTROM存储器、程序入口和读写逻辑，以及EDAC模块，所述BOOTROM存储器存储BOOT引导程序，所述BOOT引导程序为RBL程序。

4.根据权利要求3所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述DSP主启动核通过读取启动模式参数，判断选择的启动模式与设备，进而确定为非搬移模式、从级搬移模式或主机搬移模式启动模式，同时确定具体的设备以及板级参考时钟频率。

5.根据权利要求4所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，还包括Boot程序，所述Boot程序分为两种，一种是非搬移模式格式，一种是搬移模式格式，其中，非搬移模式格式不需要将BOOT程序从片外搬移至片上存储，用户程序放在flash地址空间，DSP核可以直接访问并运行；搬移模式格式适用于从级搬移模式和主机搬移模式启动模式，搬移模式格式规定了各个用户程序和数据如何布局，BOOT程序在读取搬移模式格式的image时按照格式的约定，解析数据及目的地址，将数据写入到目的地址中；所述RBL程序包含纠错码机制，具体表现为：在于每4位后面增加1位校验位，当数据从片外搬移到片上的过程中出现意外翻转时，可通过硬件校验机制完成纠错。

6.根据权利要求5所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述搬移模式格式包含多个段和一个结束标志，其中，多个段包括配置段、用户段和入口段，配置段为可选段。

7.根据权利要求6所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，用于搬移用户程序的外设接口I/O包括并列设置的可寻址flash I/O、主端口I/O和从端口I/O。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否非零，非零则跳转到入口地址的用户程序具体表现为：所述CPU核与DSP从核根据DSP主启动核设置启动完成标志，并判断入口地址是否为0，若是，则返回重新访问入口地址寄存器；若否，则开始执行用户程序。

9.根据权利要求1所述的面向异构多核/众核微处理器的自纠错启动系统，其特征在于，所述DSP主启动核通过coresel机制任意指定；所述CPU核包括任意CISC和/或RISC指令集的中央控制器。