飞凌嵌入式干货分享丨如何在iMX8MQ 核心板上实现低功耗音...

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飞凌嵌入式FETMX8MQ-C核心板基于NXP i.MX8MQ处理器设计，该处理器拥有4个Cortex-A53处理器（工业级主频最高为1.3GHz、商业级主频最高为1.5GHz）+1个Cortex-M4处理器。本文将系统讲解——如何在FETMX8MQ-C核心板上实现低功耗音频播放。

01、低功率音频应用概述
在这个应用中，i.MX8处理器A53内核会向M4内核发送请求，然后休眠。M4核独立播放或录制音频，操作完成后唤醒A53核。

五个软件组件被创建来实现这个功能:

• Linux的Play和 record应用
  
• Linux RPMSG 字符设备驱动
  
• Linux 远程核心共享内存驱动程序
  
• FreeRTOS 音频服务
  
  

低功率音频程序

02、软件设计
❶ RPMSG字符设备驱动程序

i.MX8上，核心间使用RPMSG机制来进行消息通信。RPMSG是基于MU模块实现的。

❷ 远程核心共享内存驱动程序

在低功耗音频应用中，Linux需要创建一个非缓冲、非缓存和连续的内存来存储解码的音频数据。M4core只能处理这样的内存空间。

此外，Linux需要获得内存的物理地址并将其传递给M4核心。

通常，在Linux中，我们有两种方法来创建这样的内存空间。

• 使用DMA内存空间，这是使用CMA(连续内存分配器)。
  
• 在DTS文件中预定义了一个保留的内存空间。
  
  

这里我们建议使用DMA内存空间。它更灵活。我们不需要分配一个保留的内存空间，我们可以释放分配的空间。同时，我们可以得到实际地址。

对于这种情况，函数dma_alloc_coherent()是一个理想的函数。

在此基础上，我们创建了一个远程核心共享内存驱动程序，它可以帮助用户分配、读写DMA相干内存空间。

❸ AMP优化

默认情况下，当检测到M4时，内核启用所有模块的时钟。所以SOC电流会很大。在i.mx8M上，电流大约是500毫安。

因此在内核中，我们需要启用m4程序所需的时钟，并对所有其他模块的时钟进行使能。

❹ Linux低功率音频应用程序设计

下图表明低功耗播放音频功能的模块间的关系





1. 低功耗播放程序

低功耗播放程序将解码mp3文件，并在M4核心上播放该文件。

在本程序中，我们将:

• 解码mp3音频文件。
  
• 复制解码数据到共享内存空间。
  
• 将已分配缓冲区的物理地址发送到M4核心。
  
• Linux休眠，等待唤醒信号。
  
• 当播放结束时，MU中断信号唤醒Linux。
  
  

2.低功耗录音程序

低功耗录音程序将接收M4核心上的声音，并在“A53”核心上保存PCM原始数据。

程序将:

• 分配足够的共享内存空间。
  
• 将已分配缓冲区的物理地址发送到M4核心。
  
• Linux休眠，等待唤醒信号。
  
• 当录音完成时，MU中断信号唤醒Linux。
  
• 从共享内存空间获得音频数据并保存到文件。
  
  

3.Decode mp3音频文件

在这个程序中，我们使用gstreamer解码mp3文件到PCM原始数据。

4.复制解码数据到共享内存空间

在这里，我们将使用远程核心共享内存驱动程序将PCM原始数据复制到一个连续的内存空间。

5.将已分配缓冲区的物理地址发送到M4核心

使用RPMSG字符设备发送物理地址的缓冲区到M4核心。

这里我们强调，通常，在一个核心和M4核心之间应该有一个协议。使用RPMSG字符设备，可以在用户空间中实现协议。例如，在低功耗播放程序中，为了访问远程M4核上的音频设备，我们创建了一个音频请求和响应协议。

6. Linux 内核休眠

在Linux中进入挂起模式的命令是:

echomem > /sys/power/state

7. Linux 内核唤醒

在ATF补丁中，我们添加了MU中断作为唤醒源。当Linux内核从M4核得到MU中断时，它将被唤醒。

03、运行低功率音频的程序示例
本章介绍了运行低功率音频的程序示例

❶ ATF 低功耗补丁

ATF实现了功率状态协调接口(PowerState Coordination Interface, PSCI)，并具有低功耗的特性。

在默认BSP发行版的Linux内核中，它将会使Cortex-A53内核和Cortex-M4内核同时处于挂起模式。因此ATF需要一个补丁来配合低功耗应用。

ATF补丁将阻止DDR进入retention模式，并且不禁用PLLs

❷ 重新编译内核和驱动

在内核中，加上RPMSG字符设备驱动程序和远程内核共享内存驱动程序的补丁。

❸ 编译低功耗音频应用

编译低功耗音频应用

❹ 编译Cortex-M4核应用

Cortex-M4应用是由IAR开发的，IAR并打开音频服务器示例并编译。

❺ 准备好测试环境

连接好A核和M4核调试串口

❻ 启动uboot运行M4核音频服务程序












在M4核调试串口可以看到








❼ 运行低功耗音频应用

当音频服务在M4内核上运行时，在u-boot中引导内核。

安装RPMSG字符设备和远程核心共享内存驱动程序。





运行./lp_play./ xxxxx .mp3启动低功耗播放。





调试信息：

解码





播放并睡眠





唤醒





运行./lp_record启动低功耗录音。录音的数据将保存为audio_rect.tmp。

04、时间消耗
在低功率音频解决方案中，数据在A53核解码，然后M4核播放。在核之间的协议通信中有一些时间损失。我们试着计算一下这个解的时间损失。

在这个例子中，我们将以两种方式播放48kbps，22050 Hz的steromp3文件，A53核直接播放和M4核通过RPMSG播放。将比较从使用gstreamer打开文件到播放的持续时间。仅对播放进行测试，用户可以根据回放情况对录音进行评估。





由于低功耗音频播放将做额外的操作，如解码mp3到文件，分配CMA缓冲区，将音频数据从文件到缓冲区，然后从缓冲区到CMA缓冲区，需要一些额外的时间，大约350毫秒。

可以对低功耗播放的其他操作进行一些优化，比如在GST解码中使用appsync，它将把mp3数据直接解码到缓冲区中，通过这种方式，额外的时间可以减半。

05、功耗测试
本章对使用或不使用低功率音频比较了功耗。仅对播放进行测试，用户可以根据播放情况对录音进行评估。

正常播放





低功耗音频播放





注：本文来自NXP提供的ApplicationsNote AN1219

[color=inherit !important][backcolor=rgba(246, 246, 246, 0.88)]iMX8系列-基于NXP i.MX8MQ 四核Cortex-A53 +Cortex-M4 处理器 设计 iMX8核心板​www.forlinx.com
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