树莓派4B MCS + Zephyr 使用指南

概述

树莓派4B（raspberrypi4-64）支持 MCS（混合关键性系统）特性，可同时运行 Linux 和实时操作系统（RTOS）。目前支持以下三种 RTOS：

RTOS	模式	说明
UniProton	openamp	轻量级实时操作系统
UniProton-GDB	openamp	UniProton 的 GDB 调试版本
Zephyr	openamp	Zephyr RTOS（需启用 zephyr 特性）

构建 MCS 镜像

1. 构建 MCS 基础镜像（包含 UniProton）

$ oebuild generate -p raspberrypi4-64 -f mcs -d <build_mcs>
$ oebuild bitbake -d <build_mcs> openeuler-image

2. 构建 MCS + Zephyr 镜像

若需要在镜像中额外包含 Zephyr RTOS 固件（zephyr.elf），需在 compile.yaml 中将 zephyr 添加到 MCS_FEATURES，并添加 meta-zephyr layer：

local_conf: |
  MCS_FEATURES ?= "openamp lopper-devicetree zephyr"
  DISTRO_FEATURES:append = " mcs"
  RPI_USE_UEFI:raspberrypi4-64 = "1"
layers:
- yocto-meta-raspberrypi
- yocto-meta-openeuler/rtos/meta-openeuler-rtos
- yocto-meta-openeuler/rtos/meta-zephyr

Note

MCS_FEATURES 可包含以下值（以空格分隔）：

openamp：裸金属部署模式（默认）
jailhouse：Jailhouse 虚拟化模式（与 openamp 互斥）
zephyr：构建 Zephyr RTOS 固件
lopper-devicetree：使用 lopper 处理设备树

构建 Zephyr 需要额外添加 meta-zephyr layer。

使用 mica 管理 RTOS

镜像烧录到树莓派后，启动系统，可通过 mica 命令管理 RTOS。

查看状态

# 查看所有 RTOS 状态
mica status

# 输出示例：
# Name                          Assigned CPU        State               Service
# uniproton                     3                   Offline
# uniproton-gdb                 3                   Offline
# rpi4-zephyr                   3                   Offline

启动 RTOS

# 启动 UniProton
mica start uniproton

# 启动 UniProton-GDB 调试版本
mica start uniproton-gdb

# 启动 Zephyr
mica start rpi4-zephyr

启动成功后，mica status 会显示 Running 状态，并列出可用的 RPMsg 服务（如 rpmsg-tty、rpmsg-rpc、rpmsg-umt）。

停止 RTOS

mica stop uniproton
mica stop rpi4-zephyr
mica stop uniproton-gdb

Mica 配置文件

RTOS 的 mica 配置文件位于 /etc/mica/ 目录下：

配置文件	RTOS	运行模式
`rpi4-uniproton.conf`	UniProton	openamp（裸金属）
`rpi4-uniproton-gdb.conf`	UniProton (GDB 调试)	openamp（裸金属）
`rpi4-zephyr.conf`	Zephyr	openamp（裸金属）

Note

rpi4-zephyr-ivshmem.conf``（Jailhouse 模式）仅在 ``MCS_FEATURES 包含 jailhouse 时才会安装。默认 openamp 模式下不安装此配置。

Warning

目前 rpi_4b 仅支持 remote``（openamp）板型变体。``ivshmem``（jailhouse）板型变体尚未实现，因为 rpi4 的 PCIe 硬件配置与 QEMU 不同，需要额外的设备树节点和驱动适配。使用 ``jailhouse 模式构建 Zephyr 会在配置阶段报错 “Board qualifiers not found”。

树莓派4B PSCI 限制

重要：树莓派4B 的 UEFI 固件 PSCI 实现存在限制，CPU_OFF 后无法再次 CPU_ON。

原因分析

树莓派4B 的 BCM2711 SoC 四个 Cortex-A72 核共享同一电源域，无法真正单独断电
UEFI 固件的 PSCI CPU_OFF 仅让 CPU 进入 WFI 睡眠状态，但不清除内部 cpu_on 状态标记
后续 CPU_ON 检查发现状态仍为 “ON”，返回 ALREADY_ON (-4) 错误

影响

从干净重启状态启动任意 RTOS 可成功
停止 RTOS（mica stop）后，无法再次启动任何 RTOS
需要重启树莓派才能切换到另一个 RTOS

正确使用方式

重启树莓派
启动需要的 RTOS：mica start <rtos_name>
使用完毕后停止：mica stop <rtos_name>
如需切换 RTOS，请**先重启树莓派**，再重复步骤 2-3

Warning

请勿在未重启的情况下尝试启动第二个 RTOS，mica status 可能会显示 Running，但实际 CPU 未启动成功，且无 RPMsg 服务。

固件地址布局

Zephyr 固件的内存布局（在 Linux 端通过 readelf -l 查看）：

段	物理地址	说明
IPC 共享内存	0x70000000-0x700fffff	1MB，用于 Linux 与 RTOS 通信
Zephyr 代码段	0x7a000000-0x7a0459f0	text/data
UniProton 代码段	0x7b000000	text/data

上述地址均在 Linux 端通过 DTS overlay 预留的 mcs_baremetal_mem 区域内。