S32G IPCF 开发设计实战

S32G 的 IPCF = 共享内存（数据面） + MSCM MSI（通知面）。Linux 侧用 ipc-shm 驱动（UIO/CDEV），M7 侧用 RTOS/AUTOSAR 应用；通道用 带标签联合抽象 Managed / Unmanaged 两种互斥布局；严格执行 屏障/缓存维护→更新指针→门铃 的顺序，ISR 短小只做唤醒和清源。

一、目标与场景

• 目标：低拷贝、低抖动、可观测、可扩展（多通道/多实例）。
• 典型场景：A53（Linux 应用） ↔ M7（AUTOSAR/FreeRTOS 任务）做控制面与小批量数据互通；大数据（日志、抓包）也可经 Unmanaged 固定窗口直接零拷贝。

二、总体架构

• 数据面（Shared Memory）：在双方可见的 SRAM/DDR carve-out 上布置 ring/queue + buffer pool 或 固定窗口；应用直接读写共享区。
• 通知面（MSCM MSI）：跨核“门铃”用 MSCM 的 core-to-core 中断（GIC/NVIC 接收），Linux 侧驱动将之路由为 IRQ，触发 ISR→唤醒上半部/任务。NXP 的 ipc-shm 驱动专为此设计（含内核模块与示例）(GitHub)。
• Linux 集成：ipc-shm 作为 NXP Auto Linux BSP 的树外模块；还提供 user-space 版（UIO + 静态库），便于用户态直接 mmap 非缓存共享区并跑样例 ping-pong。(GitHub)

三、通道模型（Managed vs Unmanaged）

单一抽象 ipc_shm_channel，内部用 enum + union 做变体类型（互斥布局），运行时按 type 分发。

• Managed（受管）

  • 结构：描述符队列（bd_queue） + 多个 buffer pool；一次消息 = 取块→填充→推入队列→门铃。
  • 适合：变长消息、高并发、需要零拷贝与缓冲复用的通用数据面。

• Unmanaged（非受管）

  • 结构：固定共享窗口 + 计数器/门铃；协议自管，极简且低开销。
  • 适合：固定帧、控制面、小栈 RTOS 优先。

NXP 的 Linux 驱动也采用单生产者/单消费者（SPSC）无锁环形，需要一个“哨兵元素”保持 write 与 read 间隔，避免写满歧义；并强调共享区内核/用户态均以非缓存映射，应用应避免未对齐访问。(GitHub)

四、内存一致性与缓存策略

跨核没有硬件缓存一致性（尤其 M7）：

1. 生产者：写 payload → wmb() → 写入 write 指针 → 触发 MSI。
2. 消费者：读 write 前 rmb()；处理完成后更新 read。
3. M7 开 D-Cache：共享区要么 MPU 标 non-cacheable，要么在收发点做 clean/invalidate。
4. Linux 用户态：通过 UIO 映射的共享区已设为 non-cacheable，并要求按对齐访问。(GitHub)

五、中断设计（GIC/NVIC + MSI）

• 门铃来源：MSCM 的 core-to-core directed interrupt，S32G 各代 有效 ID 范围不同（如 S32xx 为 0..2、S32G3xx 为 0..11），TX/RX 必须用不同 ID。(GitHub)
• 进入时机：CPU 在指令边界检查 pending/门限/屏蔽并向量化。
• EOI/清源顺序：电平型务必先清设备源再 EOI/DEACTIVATE，否则会立即 re-pend，形成“中断风暴”。
• 门铃合并：批处理多个描述符再一次门铃，减少中断负载。
• 退化兜底：可关闭 TX 中断、改由远端周期 poll_channels() 轮询收包（驱动支持将 TX IRQ 设为 IPC_IRQ_NONE）。(GitHub)

六、Bring-up（A53 ↔ M7）

1. 划分共享区：页/缓存线对齐；预估 ring 元数据 + N×buf + 余量。
2. 先起 M7：初始化 IPCF 实例/通道（Managed/Unmanaged）、注册 rx_cb。
3. Linux insmod：插入 ipc-shm（CDEV 或 UIO）；或使用 ipc-shm-us 静态库自动插入模块。(GitHub)
4. 配置 MSI：为 A53/M7 各分配 TX/RX 中断 ID，确认路由到目标核。(GitHub)
5. echo 通道：固定 128B 做环回/连通性验证（GoldVIP 教程里含 ping-pong 思路）。(NXP 半导体)
6. 单向洪泛：测吞吐与门铃负载；观察 /proc/interrupts 与丢包计数。
7. 往返 ping：量端到端延迟分布（p50/p90/p99）。
8. 压测+跌落：故意顶满队列/关中断，验证背压/丢弃策略与恢复。
9. 打开 D-Cache（M7）：补齐 cache 维护与屏障，再回归测试。
10. 长稳压：>8h soak，记录超时/重传/重建实例等异常路径。

七、最小样例骨架（伪码）

Linux（UIO 用户态）

// open + mmap 非缓存共享区
ipc = ipc_open_instance(M7_0);
ch  = ipc_open_channel(ipc, "echo", IPC_SHM_MANAGED);

char *buf = ipc_alloc(ch, len);
memcpy(buf, msg, len);
smp_wmb();               // 先保证数据可见
ipc_send(ch, buf, len);  // 内部更新 write 并触发门铃

// 在 poll/epoll 回调里批量收包
while (ipc_recv_ready(ch)) {
  void *buf; size_t sz;
  ipc_recv(ch, &buf, &sz);      // 读 ring->write 前会 rmb()
  handle(buf, sz);
  ipc_release(ch, buf);
}

M7（FreeRTOS/AUTOSAR 任务）

ipcf_init();
ipc_open_channel(MNG, "echo", rx_cb);

void rx_cb(void *arg, uint8_t inst, int chan_id, void *buf, int size) {
  // 快速判因+清源：复制/处理→归还→可能触发反向发送
}

八、性能与可观测性

• 批处理：ISR/任务每次处理多个 descriptor，降低门铃频率；
• 背压：发送方支持可阻塞/不可阻塞两种策略；
• 指标：tx/rx 计数、drop/overflow、重建次数、队列水位、门铃次数、延迟分位；
• NUMA/亲和：A53 绑中断与工作线程亲和，减少迁移抖动；
• 异常恢复：心跳/计数停滞触发重握手与 ring 重建。

九、调试清单

• 中断面：/proc/interrupts、perf top 看 ipcf ISR 占比；EOI 顺序错误会导致“中断风暴”。
• 数据面：对齐与未对齐访问（UIO 提醒避免未对齐）；检查屏障是否齐备。(GitHub)
• 版本兼容：A 核 Linux 驱动与 M 核固件需配套（BSP/驱动版本不匹配会加载失败）。(NXP Community)

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参考链接

• ipc-shm（Linux IPCF 共享内存驱动，含配置要点：MSCM 中断 ID 范围、SPSC 无锁环、non-cacheable/对齐访问等）。(GitHub)
• ipc-shm-us（用户态 UIO 驱动与样例，说明非缓存映射与自动插入模块）。(GitHub)
• NXP 培训页：IPCF Support on S32G-VNP-RDB2 Reference Design（介绍、ping-pong demo）。(NXP 半导体)
• GoldVIP User Manual（GoldVIP 平台与样例背景）。(Manuals+)

总结：“门铃 + 环形队列 + 屏障 + 先清源后 EOI”。门铃叫醒、环形搬砖、屏障守序、清源为先。