# 处理器间调用 (IPC)

[English]

备注

IPC 指 处理器间调用 (Inter-Processor Call)，而不是其他操作系统中所指的 进程间通信 (Inter-Process Communication)。

## 概述

由于 ESP32-S3 的双核特性，在某些情况下，某个回调必须在特定的内核上下文中运行。例如：

- 为特定内核的中断源分配 ISR，或释放特定内核的中断源时

- 在特定芯片（如 ESP32）上访问某个内核独有的内存，如 RTC Fast Memory 时

- 读取另一个内核的寄存器或状态时

IPC 功能允许一个特定的内核（下文称“调用内核”）触发另一个内核（下文称“目标内核”）的回调函数执行，并允许目标内核在任务上下文或中断上下文中执行回调函数。在不同的上下文中，回调函数的实现限制有所不同。

## 任务上下文中的 IPC

在应用程序启动时，IPC 功能为每个内核创建一个 IPC 任务，从而在任务上下文中执行回调。当调用内核需要在目标内核中执行回调时，回调将在目标内核的 IPC 任务的上下文中执行。

在任务上下文中使用 IPC 功能时，需考虑以下几点：

- IPC 回调应该尽可能简短。 IPC 回调决不能阻塞或让出。

- IPC 任务是以尽可能高的优先级创建的（即 `configMAX_PRIORITIES - 1`）。

  > - 如果启用了 CONFIG_ESP_IPC_USES_CALLERS_PRIORITY，执行回调前会降低目标内核的 IPC 任务优先级，使其等于调用内核的优先级。

  > - 如果禁用了 CONFIG_ESP_IPC_USES_CALLERS_PRIORITY，目标内核将始终以尽可能高的优先级执行回调。

- 如果回调较为复杂，用户可能需要通过 CONFIG_ESP_IPC_TASK_STACK_SIZE 来配置 IPC 任务的堆栈大小。

- IPC 功能受内部互斥锁保护。因此，如果同时收到来自两个或多个调用内核的 IPC 请求，将按照“先到先得”的原则按顺序处理。

### API 用法

任务上下文中的 IPC 回调具有以下限制：

- 回调类型必须是 `esp_ipc_func_t`。

- 回调 决不能阻塞或让出，以免导致目标内核的 IPC 任务阻塞或让出。

- 回调必须避免改变 IPC 任务的任何状态，例如，不能调用 `vTaskPrioritySet(NULL, x)`。

IPC 功能提供了以下 API，用于在目标内核的任务上下文中执行回调。这两个 API 允许调用内核在回调执行完成前处于阻塞，或者在回调开始执行后立即返回。

- `esp_ipc_call()` 会在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核的 IPC 任务 开始 执行回调前，此函数会一直处于阻塞状态。

- `esp_ipc_call_blocking()` 会在目标内核上触发一个 IPC。在目标内核的 IPC 任务 完成 回调执行前，此函数会一直处于阻塞状态。

## 中断上下文中的 IPC

在某些情况下，我们需要快速获取另一个内核的状态，如在核心转储、GDB Stub、各种单元测试和绕过硬件错误的过程中。IPC ISR 功能会在每个内核上保留一个高优先级中断供 IPC 使用，从而在高优先级中断上下文中执行回调。当调用内核需要在目标内核上执行回调时，该回调将在目标内核的高优先级中断的上下文中执行。

在这种情况下，IPC ISR 功能支持在 高优先级中断 上下文中执行回调。

在高优先级中断上下文中使用 IPC 时，需要考虑以下几点：

- 由于回调是在高优先级中断上下文中执行的，因此，回调必须完全用汇编语言编写。如需了解更多关于用汇编语言编写回调的内容，请参阅下文的 API 使用介绍。

- 保留的高优先级中断的优先级取决于 CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL 选项。

当回调执行时，需考虑以下几点：

- 调用内核会禁用 3 级及以下优先级的中断。

- 虽然保留中断的优先级取决于 CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL，但是在执行 IPC ISR 回调期间，无论 CONFIG_ESP_SYSTEM_CHECK_INT_LEVEL 如何设置，目标内核都会禁用 5 级及以下优先级的中断。

### API 用法

高优先级中断的 IPC 回调具有以下限制：

- 回调必须是 `esp_ipc_isr_func_t` 类型，但必须完全用汇编语言实现。

- 回调通过 `CALLX0` 指令调用，同时禁用寄存器窗口，因此，该回调：

    - 不得调用任何与寄存器窗口相关的指令，例如 `entry` 和 `retw`。

    - 由于禁用了寄存器窗口，不得调用其他 C 函数。

- 回调应放在 4 字节对齐的 IRAM 地址上。

- 在调用或返回回调后，寄存器 `a2`，`a3`，和 `a4` 会被自动保存或恢复，从而在回调中使用。回调 只能使用这些寄存器。

    - `a2` 包含回调的 `void *arg`。

    - `a3/a4` 可以作为临时寄存器使用。

IPC 功能提供了下列 API，以在高优先级中断的上下文中执行回调：

- `esp_ipc_isr_call()` 能够在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核 开始 执行回调前，此函数将一直处于忙等待。

- `esp_ipc_isr_call_blocking()` 能够在目标内核上触发一个 IPC 调用。在目标内核 完成 回调执行前，此函数将一直处于忙等待。

以下示例代码用汇编语言编写了一个高优先级中断 IPC 回调，该回调的作用为读取目标内核的周期计数：

    /* esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu(void *arg) */
    // 此函数读取目标内核的 CCOUNT，并将其存储到 arg 中。
    // 此处仅使用 a2、a3 和 a4 寄存器。
    .section    .iram1, "ax"
    .align      4
    .global     esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu
    .type       esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu, @function
    // Args:
    // a2 - void* arg
    esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu:
    rsr.ccount a3
    s32i    a3, a2, 0
    ret

    unit32_t cycle_count;
    esp_ipc_isr_call_blocking(esp_test_ipc_isr_get_cycle_count_other_cpu, (void *)cycle_count);

备注

对于大多数简单用例，可用的临时寄存器数量是足够的。如果需要在回调函数中使用更多的临时寄存器，可以用 `void *arg` 指向一个用作寄存器保存区域的 buffer，使回调函数保存或恢复更多的寄存器。前往 system/ipc/ipc_isr 查看示例。

备注

如需查看更多高优先级中断 IPC 回调的示例，请前往 components/esp_system/port/arch/xtensa/esp_ipc_isr_routines.S 和 components/esp_system/test_apps/esp_system_unity_tests/main/port/arch/xtensa/test_ipc_isr.S。

请前往 examples/system/ipc/ipc_isr/xtensa/main/main.c 查看使用示例。

高优先级中断 IPC API 还提供了以下便利函数，这些函数可以暂停或恢复目标内核的执行。这些 API 利用高优先级中断 IPC，但同时提供了自己的内部回调函数：

- `esp_ipc_isr_stall_other_cpu()`：暂停目标内核。调用内核禁用 3 级及以下级别的中断，而目标内核将在 5 级及以下的中断被禁用的情况下进入忙等待。在调用 `esp_ipc_isr_release_other_cpu()` 前，目标内核会保持忙等待。

- `esp_ipc_isr_release_other_cpu()`：恢复目标内核。

## API 参考

### Header File

- components/esp_system/include/esp_ipc.h

- This header file can be included with:

  >     #include "esp_ipc.h"

### Functions

esp_err_t esp_ipc_call(uint32_t cpu_id, esp_ipc_func_t func, void *arg)

  Execute a callback on a given CPU.

  Execute a given callback on a particular CPU. The callback must be of type "esp_ipc_func_t" and will be invoked in the context of the target CPU's IPC task.

  - This function will block the target CPU's IPC task has begun execution of the callback

  - If another IPC call is ongoing, this function will block until the ongoing IPC call completes

  - The stack size of the IPC task can be configured via the CONFIG_ESP_IPC_TASK_STACK_SIZE option

  备注

  In single-core mode, returns ESP_ERR_INVALID_ARG for cpu_id 1.

  参数:

    - cpu_id -- [in] CPU where the given function should be executed (0 or 1)

    - func -- [in] Pointer to a function of type void func(void* arg) to be executed

    - arg -- [in] Arbitrary argument of type void* to be passed into the function

  返回:

    - ESP_ERR_INVALID_ARG if cpu_id is invalid

    - ESP_ERR_INVALID_STATE if the FreeRTOS scheduler is not running

    - ESP_OK otherwise

esp_err_t esp_ipc_call_blocking(uint32_t cpu_id, esp_ipc_func_t func, void *arg)

  Execute a callback on a given CPU until and block until it completes.

  This function is identical to esp_ipc_call() except that this function will block until the execution of the callback completes.

  备注

  In single-core mode, returns ESP_ERR_INVALID_ARG for cpu_id 1.

  参数:

    - cpu_id -- [in] CPU where the given function should be executed (0 or 1)

    - func -- [in] Pointer to a function of type void func(void* arg) to be executed

    - arg -- [in] Arbitrary argument of type void* to be passed into the function

  返回:

    - ESP_ERR_INVALID_ARG if cpu_id is invalid

    - ESP_ERR_INVALID_STATE if the FreeRTOS scheduler is not running

    - ESP_OK otherwise

### Type Definitions

typedef void (*esp_ipc_func_t)(void *arg)

  IPC Callback.

  A callback of this type should be provided as an argument when calling esp_ipc_call() or esp_ipc_call_blocking().

### Header File

- components/esp_system/include/esp_ipc_isr.h

- This header file can be included with:

  >     #include "esp_ipc_isr.h"

### Functions

void esp_ipc_isr_call(esp_ipc_isr_func_t func, void *arg)

  Execute an ISR callback on the other CPU.

  Execute a given callback on the other CPU in the context of a High Priority Interrupt.

  - This function will busy-wait in a critical section until the other CPU has started execution of the callback

  - The callback must be written:

    - in assembly for XTENSA chips (such as ESP32, ESP32S3). The function is invoked using a CALLX0 instruction and can use only a2, a3, a4 registers. See :doc:`IPC in Interrupt Context </api-reference/system/ipc>` doc for more details.

    - in C or assembly for RISCV chips (such as ESP32P4).

  备注

  This function is not available in single-core mode.

  参数:

    - func -- [in] Pointer to a function of type void func(void* arg) to be executed

    - arg -- [in] Arbitrary argument of type void* to be passed into the function

void esp_ipc_isr_call_blocking(esp_ipc_isr_func_t func, void *arg)

  Execute an ISR callback on the other CPU and busy-wait until it completes.

  This function is identical to esp_ipc_isr_call() except that this function will busy-wait until the execution of the callback completes.

  备注

  This function is not available in single-core mode.

  参数:

    - func -- [in] Pointer to a function of type void func(void* arg) to be executed

    - arg -- [in] Arbitrary argument of type void* to be passed into the function

void esp_ipc_isr_stall_other_cpu(void)

  Stall the other CPU.

  This function will stall the other CPU. The other CPU is stalled by busy-waiting in the context of a High Priority Interrupt. The other CPU will not be resumed until esp_ipc_isr_release_other_cpu() is called.

  - This function is internally implemented using IPC ISR

  - This function is used for DPORT workaround.

  - If the stall feature is paused using esp_ipc_isr_stall_pause(), this function will have no effect

  备注

  This function is not available in single-core mode.

  备注

  It is the caller's responsibility to avoid deadlocking on spinlocks

void esp_ipc_isr_release_other_cpu(void)

  Release the other CPU.

  This function will release the other CPU that was previously stalled from calling esp_ipc_isr_stall_other_cpu()

  - This function is used for DPORT workaround.

  - If the stall feature is paused using esp_ipc_isr_stall_pause(), this function will have no effect

  备注

  This function is not available in single-core mode.

void esp_ipc_isr_stall_pause(void)

  Puase the CPU stall feature.

  This function will pause the CPU stall feature. Once paused, calls to esp_ipc_isr_stall_other_cpu() and esp_ipc_isr_release_other_cpu() will have no effect. If a IPC ISR call is already in progress, this function will busy-wait until the call completes before pausing the CPU stall feature.

void esp_ipc_isr_stall_abort(void)

  Abort a CPU stall.

  This function will abort any stalling routine of the other CPU due to a pervious call to esp_ipc_isr_stall_other_cpu(). This function aborts the stall in a non-recoverable manner, thus should only be called in case of a panic().

  - This function is used in panic handling code

void esp_ipc_isr_stall_resume(void)

  Resume the CPU stall feature.

  This function will resume the CPU stall feature that was previously paused by calling esp_ipc_isr_stall_pause(). Once resumed, calls to esp_ipc_isr_stall_other_cpu() and esp_ipc_isr_release_other_cpu() will have effect again.

### Macros

esp_ipc_isr_asm_call(func, arg)

  Execute an ISR callback on the other CPU See esp_ipc_isr_call().

esp_ipc_isr_asm_call_blocking(func, arg)

  Execute an ISR callback on the other CPU and busy-wait until it completes See esp_ipc_isr_call_blocking().

### Type Definitions

typedef void (*esp_ipc_isr_func_t)(void *arg)

  IPC ISR Callback.

  The callback must be written:

  - in assembly for XTENSA chips (such as ESP32, ESP32S3).

  - in C or assembly for RISCV chips (such as ESP32P4).

  A callback of this type should be provided as an argument when calling esp_ipc_isr_call() or esp_ipc_isr_call_blocking().

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