Host1x HW sync and SW architecture in orin /thor

Host1x 为orin/thor中的硬件模块，为各子系统（isp/codec/gpu/pva/ofa/cpu等） 提供编程与控制接口。cmd既可从内存中的push-buffer提供，也可由CPU直接提供，随后通过host1x通道传输至主机控制器后端的客户端。这些通道还通过硬件同步点信号（Syncpts）实现了软件与独立模块之间，以及各模块之间的同步机制，当Syncpts 到达时，以中断的方式通知ACPU，完成数据（camera picture、模型推理数据、vi、isp等）在各子系统间的流转，从而完成相关功能。

有如下功能

• 63 Channels
• 704 Sync Points
• 32-bit Syncpt Comparison
• 32-bit Timeout Register
• Unit Activity Monitor (ACTMON): NVENC, VIC, NVDEC, and NVJPG
• Support for VI, ISP, SOR0, SOR1, SOR2, SOR3, DPAUX0, PVA, and DLA clients
• TrustZone® secure bit in Push Buffer (PB) path
• Master Interface protocol: AXI 3.0
• Client Interface protocol: HWR/HRD
• 40-bit Host1x2MC address
• Virtualization support: eight Guest OSs and one Central RM
• Syncpt protection per channel
• RAM-based Syncpts
• Asymmetric client MMIO address range

Sync Points 原理

Host1x使用同步点 (Sync Points) 的硬件机制，利用硬件计数器和中断实现以下功能：

• 实现软件与Host1x客户端之间（子系统），以及Host1x 与客户端彼此之间的同步。
• 暂停 (Stalling) 发往Host1x客户端的命令流

同步点是一种用于在软件与Host1x客户端之间，以及Host1x客户端彼此之间实现同步的机制。该机制通过32位计数器实现，每当特定的预设条件（或事件）发生时，计数器值递增1。当计数器达到其最大值时，下一次递增操作将使其回绕 (Wraps) 归零。

利用同步点进行同步通过以下方式实现：

• 当同步点计数器达到预设值时，中断 (Interrupt) CPU。
• Host1x通道可包含等待命令 (Wait Commands)，使通道等待同步点计数器达到预设值
• 同步点计数器通常不进行复位 (Reset)，但会发生回绕；同步点比较逻辑在设计时已考虑回绕的可能性。

所有主机控制器客户端（例如，视频输入模块 VI）均实现以下递增同步点的方法，

Incr_Syncpt<条件><索引>

主机控制器客户端接收 Incr_Syncpt 方法指令，并为每个条件存储对应的索引值。每当指定的"条件 (Condition)"事件发生时，客户端将该索引值返回给主机控制器。

同步点计数器递增有两种基本方式：

• CPU 写入索引：CPU 向主机控制器的 syncpt_cpu_incr 寄存器写入一个索引值
• 客户端条件满足：主机控制器客户端在接收到 incr_syncpt 方法指令后，当该方法指定的条件变为真（即事件发生）

同步点逻辑（Syncpt Logic）中的寄存器（包括同步点计数器寄存器 (Syncpt Registers) 和阈值寄存器 (Threshold Registers)）均采用 RAM (随机存取存储器) 实现，以减小芯片面积 (Reduce Area)。 同步点寄存器可被多个客户端 (Clients) 进行读写访问。

具有写访问权限的客户端包括：

• Host Controller clients
• Command processing logic
• Register write logic (direct and indirect paths)
• GPU interface

具有读访问权限的客户端包括：

• Command processing logic
• Syncpt Interrupt generation logic
• Register read Interface (MMIO path)
• SyncptShim interface

Single Channel Example

Channel Concurrency Example

基于上述示例，由于不存在通道间相互阻塞的情况，两个通道可实现完全并发工作。在为通道分配客户端时需谨慎规划：通道并行性（Channel Concurrency）与通道吞吐量（Channel Throughput）对系统性能至关重要

系统共设704个同步点（Syncpts）。其运作机制类似于信号量：主机控制器向客户端下发同步点方法指令时，会指定同步点计数器索引并约定执行状态条件。通过主控器的"等待"方法，可配置任意通道在特定同步点索引值处进入等待状态。

当客户端接收到同步点方法指令后，将根据预设条件向主机控制器返回对应的同步点索引。主机控制器据此递增该特定同步点计数器。以下简单示例演示同步点与等待机制如何实现同步，其中箭头表示通道间的依赖关系（即某通道等待另一通道触发同步点递增）。

Channel Synchronization Example

软件架构

Host program and set syncpoint

Check Syncpoints