一种确定性核间通讯方法、系统及可读存储介质

技术领域

本发明涉及核间通讯领域，尤其是涉及一种确定性核间通讯方法、系统及可读存储介质。

背景技术

微处理器核心数量的增多和处理器性能的提升给核间通信带来了新的挑战。传统的核间通信方案通常使用共享全局变量或网络进行通信，核间数据传输存在多次拷贝和时间延迟的不确定性。但在智能驾驶系统中，实时性是至关重要的。如果核间通信存在延迟，可能会导致车辆无法及时响应变化的道路状况或其他交通参与者的行为，增加发生事故的风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种确定性核间通讯方法、系统及可读存储介质，减少了核间通信不确定性和时间延迟，提高了多核处理器在智能驾驶等实时性要求严格应用中的性能和安全性。

第一方面，本发明提供的一种确定性核间通讯方法，采用如下的技术方案：

一种确定性核间通讯方法，应用于发送核与接收核之间的数据通讯，包括：

基于所述发送核的通讯请求申请共享内存块并将通讯数据写入所述共享内存块；

写入成功后生成通知消息并通过消息总线将所述通知消息在预设的任务周期内发送给所述接收核；

所述接收核从消息总线接收所述通知消息并访问所述共享内存块中的通讯数据，并生成确认消息发送至所述发送核。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述方法还包括：

添加引用计数变量，所述引用计数表示所述共享内存块的引用次数；

在所述发送核申请共享内存块成功后，所述引用计数加1；和/或

在所述接收核生成确认消息后，所述引用次数减1；

在所述引用次数减为0时，回收所述共享内存块。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述写入成功后生成通知消息并通过消息总线将所述通知消息在预设的任务周期内发送给所述接收核，包括：

设定核间通讯的任务周期，所述任务周期表示所述通知消息的调度频率；

基于所述任务周期周期性地检查所述消息总线中是否存在通知消息；

在存在通知消息时，将所述通知消息发送至对应的接收核。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述所述接收核从消息总线接收所述通知消息并访问所述共享内存块中的通讯数据，并生成确认消息发送至所述发送核，包括：

接收核从消息总线接收所述通知消息；

对所述通知消息进行解析，获取所述通讯数据所在的共享内存块的位置信息；

根据所述位置信息访问所述共享内存块中的通讯数据；

接收核处理完所述共享内存块中的通讯数据后，生成所述确认消息；

将所述通知消息通过所述消息总线反馈至所述发送核。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述方法还包括：

对核间通讯任务的执行状态进行监测。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述对核间通讯任务的执行状态进行监测，包括：

监测所述核间通讯任务的执行开始时间和执行完成时间，从而确定核间通讯任务的执行时长；

基于所述执行时长与所述任务周期进行比较，判断所述核间通讯任务是否超时。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述对核间通讯任务的执行状态进行监测，还包括：

监测所述核间通讯任务执行过程中的异常情况。

进一步的，上述一种确定性核间通讯方法中，所述对核间通讯任务的执行状态进行监测，还包括：

基于所述执行时长以及所述异常情况生成任务执行健康状态报告。

第二方面，本发明提供的一种确定性核间通讯方法，采用如下的技术方案：

一种确定性核间通讯系统，数据连接于发送核与接收核，包括：

内存管理器，用于基于所述发送核的通讯请求分配共享内存块，所述共享内存块用于写入发送核需要发送的通讯数据；

确定性任务调度器，用于接收发送核生成的通知消息并将所述通知消息在预设的任务周期内发送给接收核，同时，还用于当接收核接收所述通知消息并访问所述共享内存块中的通讯数据，并生成确认消息后，将所述确认消息发送至所述发送核；

消息总线，用于传递发送核与接收核之间的通知消息以及确认消息。

进一步的，上述一种确定性核间通讯系统中，所述内存管理器还用于添加引用计数变量，所述引用计数表示所述共享内存块的引用次数；在所述发送核申请共享内存块成功后，所述引用计数加1；和/或在所述接收核生成确认消息后，所述引用次数减1；在所述引用次数减为0时，回收所述共享内存块。

进一步的，上述一种确定性核间通讯系统中，所述确定性任务调度器包括：

高精度定时器，用于产生微秒级别地软中断，并按照预设地任务周期触发通知消息的调度；

任务管理器，用于基于所述任务周期周期性地检查所述消息总线中是否存在通知消息，在存在通知消息时，将所述通知消息发送至对应的接收核。

进一步的，上述一种确定性核间通讯系统中，所述确定性任务调度器还包括：

任务执行健康监测器，用于对核间通讯任务的执行状态进行监测。

第二方面，本发明提供的一种确定性核间通讯方法，采用如下的技术方案：

一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的一种确定性核间通讯方法。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.按照预设的任务周期对消息总线中的通知消息进行调度和分发，确保通知消息在合适的时间被发送到接收核。这样就实现了核间通信的确定性，避免了通信延迟和不确定性，适用于要求高可靠性和实时性的应用场景，如智能驾驶；

2.共享内存块的使用可以实现零拷贝通信。发送核将数据直接写入共享内存块，接收核也可以直接访问共享内存块中的数据，避免了数据复制和额外的内存拷贝开销，提高了通信性能，减少了通信延迟，提高了核间通信的实时性；

3.使用引用计数变量对共享内存块的引用次数进行记录，确保共享内存块的正确回收和共享的安全性。这样可以有效地利用内存资源，避免内存泄漏，并增强核间通信的可靠性和性能。

附图说明

图1是本发明一种确定性核间通讯方法的一个实施例的流程框图。

图2是本发明一种确定性核间通讯方法的另一实施例的流程框图。

图3是本发明一种确定性核间通讯方法的另一实施例的流程框图。

图4是本发明一种确定性核间通讯方法的另一实施例的流程框图。

图5是本发明一种确定性核间通讯方法的另一实施例的流程框图。

图6是本发明一种确定性核间通讯方法的另一实施例的流程框图。

图7是本发明一种确定性核间通讯系统的一个实施例的拓扑图。

图8是本发明一种确定性核间通讯系统的另一实施例的拓扑图。

图9是本发明一种确定性核间通讯系统的另一实施例的拓扑图。

图10是本发明一种确定性核间通讯系统的另一实施例的拓扑图。

附图标记说明：1、发送核；2、接收核；3、内存管理器；4、确定性任务调度器；41、高精度定时器；42、任务管理器；43、任务执行健康监测器；5、消息总线；6、共享内存块；7、内存池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中所述的方法步骤，其执行顺序可以按照具体实施方式中所述的顺序执行，也可以根据实际需要，在能够解决技术问题的前提下，调整各步骤的执行顺序，在此不一一列举。

以下结合附图1-10对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种确定性核间通讯方法，应用于发送核与接收核之间的数据通讯，发送核（Sending Core）和接收核（Receiving Core）是指参与核间通信的两个不同的处理器核心。

参照图1，一种确定性核间通讯方法包括：

S1，基于所述发送核的通讯请求申请共享内存块并将通讯数据写入所述共享内存块；

S2，写入成功后生成通知消息并通过消息总线将所述通知消息在预设的任务周期内发送给所述接收核；

S3，所述接收核从消息总线接收所述通知消息并访问所述共享内存块中的通讯数据，并生成确认消息发送至所述发送核。

具体的，发送核通过通讯请求申请共享内存块，并将通讯数据写入共享内存块。发送核写入成功后，生成通知消息，并通过消息总线将通知消息在预设的任务周期内发送给接收核，按照预设的任务周期对消息总线中的通知消息进行调度和分发，确保通知消息在合适的时间被发送到接收核。接收核从消息总线接收通知消息，并访问共享内存块中的通讯数据。接收核处理完数据后，生成确认消息，并发送给发送核。

共享内存块是多个核心之间共享的一块内存区域，可以在不同的核心之间进行数据交换。通过共享内存块的使用，可以避免传统的核间通讯方案中的多次拷贝和数据传输延迟，从而提高了核间通信的性能和确定性。内存管理器在此过程中起到了分配和管理共享内存块的作用，确保每个发送核都能获得一个可用的共享内存块，并确保数据的安全交换。

通过本发明所述的方法，按照预设的任务周期对消息总线中的通知消息进行调度和分发，确保通知消息在合适的时间被发送到接收核，实现了发送核和接收核之间的确定性通讯。数据传递通过共享内存块进行，避免了不必要的数据复制和通信延迟。任务调度器保证通知消息的准确调度，确保数据在合适的时间被发送和接收。该方法适用于高可靠性和实时性要求的应用场景，如智能驾驶。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，步骤S1，基于所述发送核的通讯请求申请共享内存块并将通讯数据写入所述共享内存块，包括：发送核首先向共享内存管理器发起通讯请求，请求一个共享内存块用于存储通讯数据。在接收通讯请求后，检查是否有可用的空闲共享内存块。如果有可用的空闲内存块，则分配一个内存块用于存储通讯数据，并将其标记为“已分配”。如果没有可用的空闲内存块，则可能需要等待，直到有空闲内存块可用。一旦成功获得共享内存块，发送核可以将通讯数据写入该共享内存块。发送核能够直接获取到共享内存块的位置，因此可以直接将数据写入共享内存块，实现零拷贝的数据传输。发送核完成通讯数据的写入后，发送核可以继续进行其他操作，例如向消息总线发送通知消息，通知接收核有数据可用。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参考图2，步骤S2，写入成功后生成通知消息并通过消息总线将所述通知消息在预设的任务周期内发送给所述接收核，包括：

S21，设定核间通讯的任务周期，所述任务周期表示所述通知消息的调度频率；

S22，基于所述任务周期周期性地检查所述消息总线中是否存在通知消息；

S23，在存在通知消息时，将所述通知消息发送至对应的接收核。

具体的，在该实施方式中，需要设定核间通讯的任务周期，即通知消息的调度频率。任务周期可以根据应用的需求和实时性要求进行设置，比如设定为每隔一定的时间间隔发送一次通知消息。在实时性要求较高的智能驾驶系统中，任务周期通常设置在几毫秒到几十毫秒之间。特别的，针对一些关键控制任务可能需要更短的任务周期，而其他非关键任务可以使用相对较长的周期，以实现整体系统的高性能和高可靠性。

在每个任务周期的起始，发送核会周期性地检查消息总线中是否存在通知消息。这可以通过查询消息总线的状态或者相关标记来实现。如果在消息总线中存在通知消息，发送核将通知消息发送给对应的接收核。通知消息中会包含一些信息，比如共享内存块的位置信息、通讯数据大小等。接收核会周期性地从消息总线接收通知消息。一旦接收到通知消息，接收核根据消息中的信息获取共享内存块的位置信息，并准备好接收通讯数据。发送核完成通知消息的发送后，可以继续执行其他任务，直到下一个任务周期到来。

通过上述实施方式，实现了在预设的任务周期内，将通知消息发送给接收核。周期性地检查消息总线并发送通知消息，可以保证通知消息按照预设的频率进行传递。这样的实施方式可以增强核间通信的可靠性和确定性，确保通讯数据能够按时传递给接收核，满足实时性要求。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参考图3，步骤S3，所述接收核从消息总线接收所述通知消息并访问所述共享内存块中的通讯数据，并生成确认消息发送至所述发送核，包括：

S31，接收核从消息总线接收所述通知消息；

S32，对所述通知消息进行解析，获取所述通讯数据所在的共享内存块的位置信息；

S33，根据所述位置信息访问所述共享内存块中的通讯数据；

S34，接收核处理完所述共享内存块中的通讯数据后，生成所述确认消息；

S35，将所述通知消息通过所述消息总线反馈至所述发送核。

具体的，在预设的任务周期内，接收核会周期性地从消息总线中接收来自发送核的通知消息。接收核对接收到的通知消息进行解析，从中提取共享内存块的位置信息，接收核可提供该位置信息直接找到通讯数据的存储地址。接收核利用获得的共享内存块位置信息，通过零拷贝方式访问共享内存块中的通讯数据。接收核根据从共享内存块中读取的通讯数据进行处理，可能会执行相应的计算或操作，并根据实际情况生成确认消息。接收核生成确认消息后，将该确认消息通过消息总线发送给发送核，以通知发送核通讯数据已经被接收核成功处理。

通过上述实施方式，实现了接收核从消息总线接收通知消息并访问共享内存块中的通讯数据，然后生成确认消息反馈给发送核。这样的流程确保了通讯数据能够被准确地传递给接收核，并实现了核间通信的确定性和可靠性。同时，零拷贝访问共享内存块可以提高核间通信的性能。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参照图4，所述方法还包括：

S4，添加引用计数变量，所述引用计数表示所述共享内存块的引用次数；

S5，在所述发送核申请共享内存块成功后，所述引用计数加1；

S6，在所述接收核生成确认消息后，所述引用次数减1；

S7，在所述引用次数减为0时，回收所述共享内存块。

具体的，在该实施方式中，进一步增加了引用计数管理，用于更有效地管理共享内存块的使用和回收。引入引用计数变量，引用计数表示共享内存块的引用次数，即有多少个发送核在使用该共享内存块。在发送核申请共享内存块成功后，引用计数加1，表示有一个发送核正在使用该共享内存块。在接收核生成确认消息后，引用次数减1，表示该接收核不再使用该共享内存块。在引用次数减为0时，回收共享内存块。当引用计数减为0时，说明没有核在使用该共享内存块，此时可以将该内存块回收，释放内存资源。

通过增加引用计数变量，可以更准确地掌握共享内存块的使用情况，避免了内存泄漏和资源浪费。当所有核都不再使用共享内存块时，即引用计数减为0时，共享内存块将被及时回收，确保内存资源的高效利用。该实施方式进一步提高了核间通信的可靠性和性能。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参照图5，所述方法还包括：

S8，对核间通讯任务的执行状态进行监测。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参照图6，步骤S8，对核间通讯任务的执行状态进行监测，包括：

S81，监测所述核间通讯任务的执行开始时间和执行完成时间，从而确定核间通讯任务的执行时长；

S82，基于所述执行时长与所述任务周期进行比较，判断所述核间通讯任务是否超时。

具体的，记录核间通讯任务的执行开始时间和执行完成时间，通过时间戳来确定任务的执行时长。当核间通讯任务开始时，记录其开始时间；当任务完成时，记录其完成时间。将任务的执行时长与预设的任务周期进行比较。任务周期是预先设定的时间间隔，表示核间通讯任务应该在该时间内完成。如果任务的执行时长超过了任务周期的设定值，即执行时间超过了预设的时间，则判定该核间通讯任务已经超时。

通过以上实施方式，能够监测核间通讯任务的执行状态，包括记录任务的执行时长和判断任务是否超时。这样的监测机制可以确保核间通讯任务按照预设的任务周期进行执行，并及时发现任务执行超时的情况，以便采取相应的处理措施，确保核间通信的稳定性和可靠性。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，步骤S8，对核间通讯任务的执行状态进行监测还包括：

S83，监测所述核间通讯任务执行过程中的异常情况。

具体的，在任务执行过程中，实时监测任务的状态和执行情况。如果在执行过程中发现任何异常情况，例如通讯失败、数据丢失、共享内存块错误等，及时记录这些异常情况。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，步骤S8，对核间通讯任务的执行状态进行监测还包括：

S84，基于所述执行时长以及所述异常情况生成任务执行健康状态报告。

具体的，将任务的执行时长、是否超时以及异常情况等信息记录在系统日志中。日志可以包括时间戳、任务ID、执行时长、超时状态、异常类型和描述等内容。系统管理员可以通过查看日志来获取任务执行健康状态报告，并根据异常情况采取相应的处理措施。同时，在监测到核间通讯任务出现异常情况时，通过发送事件通知的方式向系统管理员发送报警信息。通知中可以包含任务的执行时长、超时状态以及具体的异常描述，帮助管理员快速发现问题并采取相应的应对措施。

参照图7，本发明实施例还公开了一种确定性核间通讯系统，数据连接于发送核1与接收核2，包括内存管理器3、确定性任务调度器4以及消息总线5。

参照图7和图8，内存管理器3用于基于所述发送核1的通讯请求分配共享内存块6，所述共享内存块6用于写入发送核1需要发送的通讯数据。具体的，内存管理器3负责共享内存块6的创建、销毁、分配和回收，内存管理器3基于所述发送核1的通讯请求分配共享内存块6。当发送核1需要发送通讯数据时，发送核1会向内存管理器3申请共享内存块6，内存管理器3负责从内存池7中分配一个适当大小的共享内存块6，并返回该共享内存块6的位置信息给发送核1。发送核1可以将需要发送的通讯数据写入这个共享内存块6中。

确定性任务调度器4用于接收发送核1生成的通知消息并将所述通知消息在预设的任务周期内发送给接收核2，同时，还用于当接收核2接收所述通知消息并访问所述共享内存块6中的通讯数据，并生成确认消息后，将所述确认消息发送至所述发送核1。具体的，确定性任务调度器4负责对消息总线5中的通知消息和确认消息进行分发，控制核间通讯的通知消息和确认消息的调度和传输。确定性任务调度器4基于预设的任务周期调度消息总线5中的通知消息和确认消息，并分发到相应的接收核2和发送核1，从而实现核间通讯的确定性。

参照图7和图9，消息总线5用于传递发送核1与接收核2之间地通知消息以及确认消息。具体的，所述消息总线5通过消息队列连接发送核1和接收核2，负责核间通讯消息的管理和传输。发送核1向消息总线5发送通知消息，并将通讯数据写入共享内存块6，然后消息总线5将通知消息在预设的任务周期内发送给接收核2。接收核2从消息总线5接收通知消息，解析消息内容获取共享内存块6的位置信息，然后根据位置信息访问共享内存块6中的通讯数据。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，所述内存管理器3还用于添加引用计数变量，所述引用计数表示所述共享内存块6的引用次数；在所述发送核1申请共享内存块6成功后，所述引用计数加1；和/或在所述接收核2生成确认消息后，所述引用次数减1；在所述引用次数减为0时，回收所述共享内存块6。

具体的，当发送核1申请共享内存块6用于核间通讯、内存管理器3进行内存块的分配后，还会在内部将该共享内存块6的引用计数加1。在接收核2处理完共享内存块6中的数据后，内存管理器3会根据管理信息定位共享内存块6，并对该内存块的引用计数减1，当引用计数减为0时，回收共享内存块6。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参照图7和图10，所述确定性任务调度器4包括高精度定时器41以及任务管理器42。

高精度定时器41用于产生微秒级别地软中断，并按照预设地任务周期触发通知消息的调度。具体的，该高精度定时器41可以产生稳定的微秒级别的软中断，用于精确地控制核间通讯消息的调度频率和时间点。通过高精度定时器41，可以实现对消息总线5中的消息在预设的任务周期内进行周期性调度。

任务管理器42用于基于所述任务周期周期性地检查所述消息总线5中是否存在通知消息，在存在通知消息时，将所述通知消息发送至对应的接收核2。具体的，任务管理器42负责对添加的任务进行排程和管理，根据预设的任务周期和高精度定时器41提供的软中断信号，决定何时触发核间通讯任务的调度，以及将消息总线5中的消息分发到相应的接收核2。

通过高精度定时器41和任务管理器42的协同工作，确定性任务调度器4能够按照预设的任务周期进行消息的调度和分发，从而实现核间通讯的确定性。这种确定性调度机制可以降低核间通信的延迟和不确定性，提高系统的性能和稳定性。同时，通过合理排程任务，可以有效地利用系统资源，避免核间通讯任务之间的冲突和竞争，提高通讯效率。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，参照图10，所述确定性任务调度器4还包括：

任务执行健康监测器43，用于对核间通讯任务的执行状态进行监测。

进一步的，作为本发明的一种实施方式，所述确定性任务调度器4还包括任务执行健康监测器43（PHM，Performance Health Monitor），用于对核间通讯任务的执行状态进行监测。

任务执行健康监测器43是一个重要的组件，它负责监测核间通讯任务的执行情况，包括以下方面：

1、监测任务的执行开始时间和执行完成时间，从而确定核间通讯任务的执行时长；

2、基于任务的执行时长与预设的任务周期进行比较，判断核间通讯任务是否超时。如果任务的执行时长超过了预设的任务周期，任务执行健康监测器43会将该任务标记为超时状态；

3、监测任务执行过程中的异常情况。在任务执行过程中，任务执行健康监测器43不断地监测任务的状态和执行情况，如果发现任何异常情况，如通讯失败、数据丢失、共享内存块6错误等，会及时记录这些异常情况；

4、基于任务执行状态和异常情况生成任务执行健康状态报告。任务执行健康监测器43会将监测到的任务执行情况和异常信息整合成任务执行健康状态报告。该报告可以提供任务的执行时长信息、是否超时的判断结果，以及异常情况的记录和描述。

通过任务执行健康监测器43的监测，可以及时发现核间通讯任务执行状态的问题，并记录异常情况，帮助系统管理员及时处理问题，确保核间通信的稳定性和可靠性。任务执行健康监测器43的作用在于提高系统的自监测和自恢复能力，增强系统的鲁棒性和健壮性。

本发明实施例还公开了一种可读存储介质。

一种可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例任意一项所述的一种确定性核间通讯方法的步骤。计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器 (ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、以及软件分发介质等。计算机程序包括计算机程序代码。计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、以及软件分发介质等。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。