4. 核间通信基础

在 VxWorks 多核 AMP 系统中，每个 CPU 核运行独立的操作系统映像或独立的任务集合，核与核之间没有共享的调度器和统一的内核锁。因此，核间通信（Inter-Processor Communication，IPC）必须由开发者显式设计。VxWorks 在 AMP 模式下最常用的两条路径是共享内存与消息队列，前者提供高带宽的数据面，后者提供带同步语义的控制面，二者通常配合使用。

共享内存机制与地址映射

共享内存的本质是一块物理地址连续、被多个核共同映射的 DDR 区域。在 AMP 中，各核的 MMU 配置相互独立，同一段物理内存可以在不同核上映射为不同的虚拟地址。例如物理基址 0x8000_0000、长度 4 MB 的共享区，在核 0 上映射为 0x8000_0000，在核 1 上映射为 0xC000_0000，两者访问的是同一份数据。VxWorks 中通常通过 sysMmuMapAdd() 在启动阶段建立该映射，并设置属性为非缓存（uncached）或写通（write-through），避免各核 L1/L2 缓存副本不一致。

共享区内部需要预先划分：头部存放控制结构（如环形缓冲区的读写指针、序号、锁标志），其后是数据区。控制结构必须使用 volatile 限定并配合内存屏障，防止编译器优化和 CPU 乱序执行破坏可见性顺序。

环形缓冲区设计

环形缓冲区（Ring Buffer）是共享内存上最常用的无锁或轻锁数据结构，适合生产者—消费者模型。其核心是三个变量：head（生产者写入位置）、tail（消费者读取位置）、size（容量，取 2 的幂便于掩码取模）。判断空的条件是 head == tail，判断满的条件是 (head + 1) & (size - 1) == tail，即牺牲一个槽位区分空与满。

单生产者单消费者（SPSC）场景下，若 head 只由生产者修改、tail 只由消费者修改，可做到无锁：生产者先写数据，再执行写屏障，最后更新 head；消费者先读 head，再读数据，最后更新 tail。多生产者或多消费者场景则必须引入自旋锁或原子操作（如 vxAtomicLib 提供的原子加/比较交换）。

typedef struct {
    volatile UINT32 head;      /* 生产者写指针 */
    volatile UINT32 tail;      /* 消费者读指针 */
    UINT32 size;               /* 容量，2 的幂 */
    UINT8  data[SHM_BUF_SIZE]; /* 数据区 */
} RING_BUF;

/* 生产者写入（SPSC 无锁） */
status = ringPut(RING_BUF *rb, UINT8 *src, UINT32 len)
{
    UINT32 h = rb->head, t = rb->tail;
    UINT32 free = (t - h - 1) & (rb->size - 1);
    if (len > free) return ERROR;          /* 空间不足 */
    /* 拷贝数据，处理回绕 */
    ...
    VX_MEM_BARRIER();                      /* 写屏障 */
    rb->head = (h + len) & (rb->size - 1);
    return OK;
}

核间中断（IPI）触发

共享内存只解决“数据放在哪里”，不解决“对方何时来看”。若消费者采用轮询，会浪费 CPU 并增加延迟；因此需要核间中断作为通知机制。在 ARM 多核平台上，IPI 通常通过 GIC 的 SGI（Software Generated Interrupt）实现，VxWorks 提供 vxbIpiSend() 或平台相关的 sysIpiSend() 接口，向目标核发送指定中断号。

典型用法是：生产者写完环形缓冲区并更新 head 后，调用 IPI 通知消费者核；消费者核的 IPI 中断服务程序（ISR）只做最小工作——置位信号量或唤醒任务，真正的数据搬运交给任务上下文完成，避免在 ISR 中长时间占用中断。IPI 中断号需在各核的向量表中预先注册处理函数，且要保证发送与接收的核号映射一致。

消息队列实现

VxWorks 原生 msgQCreate()/msgQSend()/msgQReceive() 是单核内的消息队列，不能跨核直接使用。AMP 下的跨核消息队列需要自行构建，常见做法是“共享内存环形缓冲区 + IPI 通知”的组合：控制消息（长度小、要求可靠）走带确认的队列，数据消息（长度大、要求带宽）走共享内存描述符传递。

一种实用结构是描述符队列：共享内存中维护一个固定长度的描述符数组，每个描述符包含数据地址、长度、类型、序号和状态标志。发送方填充描述符并置状态为 READY，然后发 IPI；接收方在 ISR 中扫描 READY 描述符，处理后置为 DONE。序号用于检测丢包和重复，状态标志的读写必须使用原子操作或内存屏障。

数据一致性保证

跨核数据一致性依赖三个层次：内存属性（共享区设为非缓存或写通，避免缓存副本）、内存屏障（VX_MEM_BARRIER() 保证写顺序对其它核可见）、同步原语（自旋锁、原子变量、序号确认）。对于超过一个总线宽度的数据，不能假设单次读写是原子的，必须用锁或双缓冲（ping-pong）切换指针的方式发布。

综合来看，一个可用的 AMP 核间通信方案应明确四件事：共享区物理地址与各核虚拟映射、环形缓冲区的容量与空满判定、IPI 中断号与 ISR 职责边界、以及描述符状态与序号的同步规则。把这四点固定下来，再叠加业务消息格式，才能得到稳定可复现的跨核通信链路。