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11 核间通信与多核协作

核间通信（Inter-Processor Communication, IPC）研究的不是“两个核怎样互相调用函数”，而是不同执行实体怎样交换数据、发出通知、转移所有权，并在乱序、Cache、不同时钟和独立复位条件下维持正确性。

这里的“核”既包括同一 CPU Cluster 内运行同一操作系统的对称核，也包括 Application CPU、实时核、DSP、NPU、MCU 等运行不同固件的异构处理器。

内容导航

  1. 通信模型与系统边界
  2. 共享内存、Mailbox 与所有权协议
  3. IPI、Doorbell 与中断路由
  4. Ring Buffer、无锁队列与内存序
  5. remoteproc、RPMsg、VirtIO 与 OpenAMP
  6. 启动、复位、电源与故障恢复
  7. 调试、性能与工程案例
  8. 核间通信工程检查表

一条消息的完整路径

sequenceDiagram
    participant A as Core A / Producer
    participant C as A侧 Cache
    participant M as Shared Memory
    participant D as Doorbell/Mailbox
    participant I as Interrupt Controller
    participant B as Core B / Consumer

    A->>C: 写 Payload 与 Descriptor
    A->>A: Release Barrier / Cache Clean（按平台需要）
    C->>M: 数据到达接收方可观察点
    A->>D: 写 Doorbell
    D->>I: 产生目标核中断
    I->>B: IRQ/IPI
    B->>B: Ack/Clear 中断源
    B->>B: Acquire Barrier / Cache Invalidate（按平台需要）
    B->>M: 读取 Descriptor 与 Payload
    B->>M: 更新 Consumer Index/Ownership

这个流程包含四个不能相互替代的条件：

  • 数据存放：共享内存、TCM、片上 SRAM 或 DDR；
  • 可见性：Cache 一致性、Clean/Invalidate、Release/Acquire；
  • 通知：SGI、软件中断、Mailbox、Doorbell；
  • 生命周期：双方必须对启动、版本、复位和错误恢复达成协议。

中断只说明“有事情发生”，不保证 Payload 已经可见；共享内存保存了数据，也不会自动唤醒接收核。工程实现必须同时设计数据通道与通知通道。

与其他模块的关系