在多核嵌入式開(kāi)發(fā)中，如何實(shí)現(xiàn)任務(wù)的高效分工與跨核通信，一直是開(kāi)發(fā)者關(guān)注的重點(diǎn)。ESP-AMP 作為專(zhuān)為 ESP32 系列打造的非對(duì)稱(chēng)多處理框架，現(xiàn)已支持主核運(yùn)行 FreeRTOS、從核運(yùn)行裸機(jī)或其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并提供完整的核間通信機(jī)制。

啟明云端旗兩款高性能開(kāi)發(fā)板——WT99P4C5-S1與 WTDKP4C5-S1，搭載樂(lè)鑫科技ESP32-P4芯片和ESP32-C5芯片，均已支持 ESP-AMP 框架，為開(kāi)發(fā)者提供即插即用的多核開(kāi)發(fā)體驗(yàn)，助力項(xiàng)目快速落地。

ESP-AMP介紹

ESP-AMP 是一款開(kāi)源框架，適用于在多處理核心的 ESP32 系列片上系統(tǒng)（SoC）上構(gòu)建非對(duì)稱(chēng)多處理（AMP）應(yīng)用。該框架支持一個(gè)核心運(yùn)行 IDF FreeRTOS 固件，另一個(gè)核心運(yùn)行裸機(jī)或其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）等不同軟件環(huán)境，并提供了一套用于核心間通信與同步的 API。本文檔后續(xù)將運(yùn)行 IDF FreeRTOS 的核心稱(chēng)為主核（maincore），運(yùn)行其他軟件環(huán)境的核心稱(chēng)為從核（subcore）。

與 ESP-IDF 提供的默認(rèn)對(duì)稱(chēng)多處理（SMP）系統(tǒng)相比，ESP-AMP 具有以下差異化特性：

核心功能定制選擇：在單高性能（HP）核心的 SoC 中，低功耗（LP）核心可作為從核，為從主核分擔(dān)部分任務(wù)；在多 HP 核心系統(tǒng)中，ESP-AMP 支持將一個(gè) HP 核心作為主核，其余 HP 核心作為從核運(yùn)行。

靈活性更高：支持在兩個(gè)核心上并行部署不同配置、運(yùn)行專(zhuān)用應(yīng)用，以適配更復(fù)雜的使用場(chǎng)景（目前從核僅支持裸機(jī)環(huán)境）。

ESP-AMP架構(gòu)

ESP-AMP 提供了一套完整的核心間通信（IPC）和同步組件，采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，如下圖所示：

你可選擇不同層級(jí)的 API，或組合多層級(jí) API，以滿(mǎn)足特定需求或使用場(chǎng)景。從下至上，各組件如下：

共享內(nèi)存（Shared Memory）：跨核心通信的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享機(jī)制。

軟件中斷（Software Interrupt）：跨核心通信的基礎(chǔ)通知機(jī)制。

事件（Event）：包含主核與從核間同步的 API。

隊(duì)列（Queue）：無(wú)鎖隊(duì)列，支持核心間單向通信。

遠(yuǎn)程處理器消息傳遞（RPMsg）：遠(yuǎn)程處理器消息傳遞協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，支持應(yīng)用中并發(fā)通信流。

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）：基于 RPMsg 構(gòu)建的簡(jiǎn)易遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用框架。

此外，ESP-AMP 還提供了端口層（Port Layer），用于抽象不同環(huán)境和 SoC 之間的差異，為上層提供統(tǒng)一接口。

構(gòu)建系統(tǒng)

ESP-AMP 配備靈活的構(gòu)建系統(tǒng)，可輕松構(gòu)建主核和從核固件，核心特性包括：

采用標(biāo)準(zhǔn) ESP-IDF 構(gòu)建系統(tǒng)構(gòu)建主核固件。

從核固件支持兩種構(gòu)建模式：統(tǒng)一構(gòu)建模式（單條命令同時(shí)構(gòu)建主核和從核固件）和獨(dú)立構(gòu)建模式（單獨(dú)構(gòu)建從核固件）。

從核固件支持兩種存儲(chǔ)方式：嵌入主核固件中，或?qū)懭腴W存分區(qū)。

為裸機(jī)環(huán)境下的從核構(gòu)建提供專(zhuān)用工具鏈配置。

系統(tǒng)組件

系統(tǒng)組件包含主核用于管理從核生命周期、處理從核系統(tǒng)事件的 API，目前支持的功能如下：

啟動(dòng)和停止從核。

將從核固件加載到 HP RAM 或 RTC RAM。

從核異常事件通知主核，并調(diào)用可自定義的異常處理器。

將從核的 printf 消息路由至主核控制臺(tái)。

支持的ESP-IDF版本及SoC系統(tǒng)

目前 ESP-AMP 支持以下主核-從核配置組合，后續(xù)將持續(xù)擴(kuò)展，支持更多 SoC 及配置方案。

啟明云端推出的WT99P4C5-S1和 WTDKP4C5-S1開(kāi)發(fā)板，搭載樂(lè)鑫科技ESP32-P4芯片和ESP32-C5芯片，均已適配 ESP-AMP 框架，為開(kāi)發(fā)者提供穩(wěn)定、高效的多核開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)。無(wú)論是高性能計(jì)算還是低功耗協(xié)處理，這兩款開(kāi)發(fā)板都能輕松勝任。

入門(mén)指南

如需快速上手，可按以下步驟構(gòu)建并運(yùn)行示例：

搭建 IDF 環(huán)境

gitclone--recursive https://github.com/espressif/esp-idf.gitcdesp-idfgit checkout v5.3.1# for ESP32-C6/ESP32-P4 or v5.5 for ESP32-C5./install.sh. export.sh

克隆本倉(cāng)庫(kù)

gitclonehttps://github.com/espressif/esp-amp.git

開(kāi)始構(gòu)建示例

cdesp-amp/examples/idf.py set-target idf.py buildidf.py flash monitor

從核應(yīng)用構(gòu)建技巧

從核應(yīng)用受資源限制且有特殊工具鏈需求，需專(zhuān)用構(gòu)建配置。

已知限制

ESP-AMP 仍在積極開(kāi)發(fā)中，目前存在以下限制：

ESP32-P4 相關(guān)限制：

從核類(lèi)型：目前 ESP32-P4 僅支持 HP 核心作為從核，暫不支持 LP 核心。

缺少 XIP 和 PSRAM 支持：從核暫未啟用緩存，因此不支持從 PSRAM 訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)及從閃存執(zhí)行片上執(zhí)行（XIP）。

主核緩存容量受限：ESP32-P4 SoC 內(nèi)置 768 KB 內(nèi)部 L2MEM，緩存內(nèi)存從中分配，用戶(hù)可通過(guò) sdkconfig 中的 CONFIG_CACHE_L2_CACHE_SIZE 配置 128KB、256KB 或 512KB 緩存。但由于 256KB L2MEM 需預(yù)留用于從核固件，啟用 ESP-AMP 后，緩存最大容量將降至 256KB。

常見(jiàn)問(wèn)題（FAQ）

為何不使用 OpenAMP？

OpenAMP 是一款廣泛用于多核心 SoC 構(gòu)建 AMP 應(yīng)用的開(kāi)源框架，ESP-AMP 正是受其啟發(fā)開(kāi)發(fā)。

未直接復(fù)用 OpenAMP 而選擇獨(dú)立開(kāi)發(fā)的核心原因是，我們需要一款輕量級(jí)的 AMP 框架 ——OpenAMP 的豐富功能不僅增加了使用復(fù)雜度，還導(dǎo)致代碼體積臃腫，難以移植到資源受限的系統(tǒng)（尤其是 ESP32-C5 和 ESP32-C6 的 LP 核心，默認(rèn)僅 16KB RTC RAM 作為內(nèi)部 RAM）。

ESP-AMP 設(shè)計(jì)初衷即為輕量化，同時(shí)提供構(gòu)建 AMP 應(yīng)用所需的核心功能。

能否將 RTC RAM 用作共享內(nèi)存？

不建議將 RTC RAM 用作共享內(nèi)存，因?yàn)?HP 核心與 LP 核心之間無(wú)法保證操作的原子性，且 RTC RAM 不支持比較并交換（CAS）操作。

如何為從核開(kāi)發(fā)外設(shè)驅(qū)動(dòng)？

對(duì)于 HP 外設(shè)：ESP-IDF 的 hal 組件包含底層驅(qū)動(dòng)，提供與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)、接口統(tǒng)一的 API，可在任意環(huán)境中操作不同 SoC 的 HP 外設(shè)寄存器。

對(duì)于 LP 外設(shè)：ESP-IDF 的 ulp 組件已實(shí)現(xiàn)即用型驅(qū)動(dòng)。