【经验分享】STM32H745 HSEM原理与使用

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STMCU小助手发布时间：2021-12-29 23:00

技术帖
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文章简介:	STM32H745拥有Cortex-M7和Cortex-M4两个处理器单元，并提供了32个硬件semaphore（简称HSEM）用来控制双核之间或不同进程之间的同步。

简介
STM32H745拥有Cortex-M7和Cortex-M4两个处理器单元，并提供了32个硬件semaphore（简称HSEM）用来控制双核之间或不同进程之间的同步。

HSEM原理
每个HSEM都有一个32位的数值，它包含有3部分信息：锁标记位（bit:31），内核ID（bit:11-8），进程ID（bit:7-0），其它位为保留位。在FREE状态时，该HSEM数值为0，即锁标记位，内核ID和进程ID都为0。在LOCK状态时，锁标记位为1，内核ID由运行系统赋值（内核Cortex-M7为其赋值为3，内核Cortex-M4为其赋值为1），进程ID由用户赋值，其取值范围为0-255。

当HSEM为LOCK状态时，只有相同的内核ID和进程ID才能对其解锁（RELEASE）。换句话说，由内核Cortex-M7上锁（TAKE）的HSEM，内核Cortex-M4无法对其解锁。即使同一内核内，进程1也无法对进程2解锁。

若对已经为LOCK状态的HSEM上锁，如果内核ID或者进程ID不相同则上锁失败。如果两者都相同则上锁成功但不会改变当前HSEM的任何状态。

HSEM的上锁（TAKE）
每个HSEM支持两种的上锁方式：一种是写方式，另一种是读方式。对应于这两种方式，STM32提供了两种寄存器接口，一个是Rx，一个是RLRx，角标x是指对应的HSEM，从0到31。需要注意的是，尽管有两种方式和两个寄存器接口，但它们都对应着同一个HSEM。下面我们看一下两者的区别。

写方式
它对应的HAL函数是；
HAL_StatusTypeDef HAL_HSEM_Take(uint32_t SemID, uint32_t ProcessID);
该函数对指定HSEM（SemID）写入进程ID（ProcessID）值，锁标记和内核ID。后两者是由函数内部赋值的。该函数内部对Rx寄存器赋值后，再读取其值以验证是否是要写入的值，如相等则表示写入成功，也即上锁成功，否则失败。可以看出这是通过写和读两个步骤完成的上锁功能。

读方式
此方式只用单步就可完成上锁功能。它对应的HAL函数是：
HAL_StatusTypeDef HAL_HSEM_FastTake(uint32_t SemID);
该函数内部只对指定HSEM（SemID）的RLRx寄存器做读操作。硬件内部判断如符合上锁条件，则会自动对其赋值，赋值内容有锁标记，内核ID和零值的进程ID。无论上锁是否成功，硬件都会返回该HSEM的值。函数的读操作就是判断HSEM值是否等于自身内核ID，如相等则表示上锁成功，否则失败。
可以看出读方式可一步完成上锁，但只能写入固定的进程ID值零。或者说这种方式更适用于两核之间的同步控制，或单进程的同步控制。而写方法需两步完成，但可写入用户指定的进程ID值，所以它即适用于两核之间，也适用于同核内部不同进程之间的同步控制。需要注意的是如果写方式指定的进程ID值是零，则与读方式写入的HSEM值是一样的。

HSEM的解锁（RELEASE）
解锁对应的HAL函数是：
void HAL_HSEM_Release(uint32_t SemID, uint32_t ProcessID);
解锁是对指定HSEM（SemID）的Rx寄存器写入进程ID（ProcessID）值和内核ID，但不带锁标记。如解锁成功，HSEM值则被清零。此函数没有返回值。用户需使用另一个函数：
uint32_t HAL_HSEM_IsSemTaken(uint32_t SemID);
判断是否解锁成功。

另外STM32还提供一种可以给本内核内所有HSEM解锁的功能，条件是内核ID必须相符并且有一个预设的KEY值也必须相符。这是在系统崩溃时有用的一个功能。其内容比较容易理解，请参看芯片使用手册，这里就不赘述了。

HSEM的中断通知
STM32H745为每个核都提供了一条HSEM中断线，用来为解锁产生中断通知。如果懂得中断处理这个也不难理解，请参看芯片使用手册，这里就不赘述了。