RISC-VとARMをIPC(コア間通信)で繋げてみた。

Zephyr(RTOS)を使って、コア間通信をしてみました。

最近のSoC内のコアはヘテロジニアス（異種混合）化が進み、種類・数ともに多いです。

RISC-VとARMを使って、コア間通信で分散処理をテストした内容を紹介します

RISC-VとARMをIPC(コア間通信)で繋げてみた。
GitHub
まとめ

RISC-VとARMをIPC(コア間通信)で繋げてみた。

Zephyr(RTOS)を使って、コア間通信をしてみました。

最近のSoC内のコアはヘテロジニアス（異種混合）化が進み、種類・数ともに多いです。

RISC-VとARMを使って、コア間通信で分散処理をテストした内容を紹介します

この内容をZephyr Project Meetup: Nagoya, Japanで報告させていただきました。

その際の発表資料です。

●後日掲載予定。

GitHub

GitHubのリンク先は下記です

GitHub - iotengineer22/zephyr-ipc: This project demonstrates a real-time machine learning application and IPC (Inter-Processor Communication) with the **Zephyr RTOS**

This project demonstrates a real-time machine learning application and IPC (Inter-Processor Communication) with the **Ze...

概要

Nordicの最新SoCである nRF54L15（またはnRF5340など）のマルチコア構成を活かした、ユニークなデモアプリケーションを作成したので紹介します。

このプロジェクトでは、Zephyr RTOS と Edge Impulse を組み合わせて、以下のシステムを構築しました。

Hostコア (ARM)：加速度センサの値を読み取り、AIモデルでジェスチャーを推論。
Remoteコア (RISC-V)：Hostコアから推論結果を受け取り、PWM (Pulse Width Modulation) でLEDの明るさを滑らかに制御。

単にLEDをON/OFFするのではなく、推論されたジェスチャーの種類に応じて「明るさ（デューティ比）」を変化させることで、より細やかな制御をマルチコア間で行うデモとなっています。

システム構成

システムの概要は以下の通りです。

ハードウェア: Nordic nRF54L15 DK (または nRF5340 DK)
OS: Zephyr RTOS (nRF Connect SDK)
MLライブラリ: Edge Impulse C++ SDK
通信プロトコル: IPC (Backend: icmsg)

処理の流れ:

Host側: 加速度センサ (I2C) からデータを取得 → Edge Impulseで推論 → 結果（ラベルとスコア）をIPCで送信。
Remote側: IPCメッセージを受信 → 文字列を解析 → ジェスチャーに応じて PWMのデューティ比 を変更してLEDを駆動。

実装のポイント

Host側：推論とIPC送信

Host側（Main.cpp）では、センサーデータの収集と推論ループを回しています。推論結果が出ると、スコアが最も高いラベルを文字列（例: "flick:0.98"）に整形して送信します。

// 推論結果の送信部分 (Main.cpp)
if (best_ix >= 0) {
    struct data_packet msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    
    // "Label:Score" の形式に整形
    int len = snprintf((char *)msg.data, sizeof(msg.data), "%s:%.2f", 
                       result.classification[best_ix].label, best_val);

    if (len > 0) {
        // IPCサービスを使ってRemoteコアへ送信
        ipc_service_send(ep, msg.data, len);
    }
}

// 推論結果の送信部分 (Main.cpp)

if (best_ix >= 0) {

struct data_packet msg;

memset(&msg, 0, sizeof(msg));

// "Label:Score" の形式に整形

int len = snprintf((char *)msg.data, sizeof(msg.data), "%s:%.2f",

result.classification[best_ix].label, best_val);

if (len > 0) {

// IPCサービスを使ってRemoteコアへ送信

ipc_service_send(ep, msg.data, len);

}

Remote側：受信とPWM制御

Remote側（main.c）は、RISC-Vコア（またはNetworkコア）で動作します。IPCでメッセージを受け取ると、その内容に応じて PWMドライバ を使用してLEDの明るさを3段階に制御します。

idle: デューティ比 0% (消灯)
flick: デューティ比 50% (半点灯)
updown: デューティ比 100% (全点灯)

// データ受信時のコールバック (main.c)
static void ep_recv(const void *data, size_t len, void *priv)
{
    // 受信データを文字列化
    char msg[128];
    // ... (コピー処理) ...
    LOG_INF("Received: %s", msg);

    uint32_t pulse = 0;
    bool update = false;

    // ジェスチャー判定とPWMデューティ比の設定
    if (strstr(msg, "idle") != NULL) {
        pulse = 0; // 0%
        update = true;
    } else if (strstr(msg, "flick") != NULL) {
        pulse = pwm_led0.period / 2; // 50%
        update = true;
    } else if (strstr(msg, "updown") != NULL) {
        pulse = pwm_led0.period; // 100%
        update = true;
    }

    if (update) {
        // PWMでLEDを駆動
        pwm_set_dt(&pwm_led0, pwm_led0.period, pulse);
    }
}

// データ受信時のコールバック (main.c)

static void ep_recv(const void *data, size_t len, void *priv)

{

// 受信データを文字列化

char msg[128];

// ... (コピー処理) ...

LOG_INF("Received: %s", msg);

uint32_t pulse = 0;

bool update = false;

// ジェスチャー判定とPWMデューティ比の設定

if (strstr(msg, "idle") != NULL) {

pulse = 0; // 0%

update = true;

} else if (strstr(msg, "flick") != NULL) {

pulse = pwm_led0.period / 2; // 50%

update = true;

} else if (strstr(msg, "updown") != NULL) {

pulse = pwm_led0.period; // 100%

update = true;

}

if (update) {

// PWMでLEDを駆動

pwm_set_dt(&pwm_led0, pwm_led0.period, pulse);

}

デモ動画

実際に動作している様子です。ジェスチャー（flickやupdown）を行うと、それに応じてLEDの明るさ(PWM)が変わっているのが分かります。

こちらがnRF54L15-DKの評価ボードでのデモ動画となります。

Zephyr IPC-Demo with RISC-V + ARM on nRF54L15-DK

以前個人開発したnRF54L15が搭載した、カスタムボードでも問題なく動作しました。

Zephyr IPC-Demo with RISC-V + ARM on nRF54L15 Custom Board

ログ

Host(ARM)とRemote(RISC-V)側のログを取りましたので、貼り付けておきます。

無事にIPC通信出来ていることが分かります。

Host側のログ例

[00:12:33.001,322] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:33.001,349] <inf> host:     circle: 0.13281
[00:12:33.001,361] <inf> host:     flick: 0.74219
[00:12:33.001,373] <inf> host:     idle: 0.07031
[00:12:33.001,385] <inf> host:     updown: 0.05078
[00:12:33.001,485] <inf> host: Sent inference result: flick:0.74
[00:12:34.926,868] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:34.926,893] <inf> host:     circle: 0.05469
[00:12:34.926,905] <inf> host:     flick: 0.78906
[00:12:34.926,917] <inf> host:     idle: 0.12109
[00:12:34.926,929] <inf> host:     updown: 0.03516
[00:12:34.927,028] <inf> host: Sent inference result: flick:0.79
[00:12:36.851,436] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:36.851,461] <inf> host:     circle: 0.16797
[00:12:36.851,473] <inf> host:     flick: 0.26562
[00:12:36.851,485] <inf> host:     idle: 0.50000
[00:12:36.851,497] <inf> host:     updown: 0.06641
[00:12:36.851,596] <inf> host: Sent inference result: idle:0.50
[00:12:38.772,037] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:38.772,062] <inf> host:     circle: 0.08203
[00:12:38.772,074] <inf> host:     flick: 0.01172
[00:12:38.772,086] <inf> host:     idle: 0.03906
[00:12:38.772,098] <inf> host:     updown: 0.86328
[00:12:38.772,199] <inf> host: Sent inference result: updown:0.86
[00:12:40.691,609] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:40.691,634] <inf> host:     circle: 0.08203
[00:12:40.691,648] <inf> host:     flick: 0.01562
[00:12:40.691,659] <inf> host:     idle: 0.03906
[00:12:40.691,671] <inf> host:     updown: 0.86328
[00:12:40.691,772] <inf> host: Sent inference result: updown:0.86
[00:12:42.613,134] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 1 ms)
[00:12:42.613,159] <inf> host:     circle: 0.02734
[00:12:42.613,171] <inf> host:     flick: 0.00391
[00:12:42.613,183] <inf> host:     idle: 0.05469
[00:12:42.613,195] <inf> host:     updown: 0.91406
[00:12:42.613,296] <inf> host: Sent inference result: updown:0.91
[00:12:44.539,739] <inf> host: Predictions (DSP: 40 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:44.539,764] <inf> host:     circle: 0.00391
[00:12:44.539,776] <inf> host:     flick: 0.00391
[00:12:44.539,787] <inf> host:     idle: 0.19531
[00:12:44.539,799] <inf> host:     updown: 0.79687
[00:12:44.539,899] <inf> host: Sent inference result: updown:0.80
[00:12:46.464,274] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:46.464,299] <inf> host:     circle: 0.00781
[00:12:46.464,311] <inf> host:     flick: 0.02344
[00:12:46.464,323] <inf> host:     idle: 0.91016
[00:12:46.464,335] <inf> host:     updown: 0.05469
[00:12:46.464,435] <inf> host: Sent inference result: idle:0.91
[00:12:48.389,822] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)
[00:12:48.389,848] <inf> host:     circle: 0.00000
[00:12:48.389,859] <inf> host:     flick: 0.00000
[00:12:48.389,871] <inf> host:     idle: 0.98828
[00:12:48.389,883] <inf> host:     updown: 0.01172
[00:12:48.389,981] <inf> host: Sent inference result: idle:0.99

[00:12:33.001,322] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:33.001,349] <inf> host: circle: 0.13281

[00:12:33.001,361] <inf> host: flick: 0.74219

[00:12:33.001,373] <inf> host: idle: 0.07031

[00:12:33.001,385] <inf> host: updown: 0.05078

[00:12:33.001,485] <inf> host: Sent inference result: flick:0.74

[00:12:34.926,868] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:34.926,893] <inf> host: circle: 0.05469

[00:12:34.926,905] <inf> host: flick: 0.78906

[00:12:34.926,917] <inf> host: idle: 0.12109

[00:12:34.926,929] <inf> host: updown: 0.03516

[00:12:34.927,028] <inf> host: Sent inference result: flick:0.79

[00:12:36.851,436] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:36.851,461] <inf> host: circle: 0.16797

[00:12:36.851,473] <inf> host: flick: 0.26562

[00:12:36.851,485] <inf> host: idle: 0.50000

[00:12:36.851,497] <inf> host: updown: 0.06641

[00:12:36.851,596] <inf> host: Sent inference result: idle:0.50

[00:12:38.772,037] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:38.772,062] <inf> host: circle: 0.08203

[00:12:38.772,074] <inf> host: flick: 0.01172

[00:12:38.772,086] <inf> host: idle: 0.03906

[00:12:38.772,098] <inf> host: updown: 0.86328

[00:12:38.772,199] <inf> host: Sent inference result: updown:0.86

[00:12:40.691,609] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 1 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:40.691,634] <inf> host: circle: 0.08203

[00:12:40.691,648] <inf> host: flick: 0.01562

[00:12:40.691,659] <inf> host: idle: 0.03906

[00:12:40.691,671] <inf> host: updown: 0.86328

[00:12:40.691,772] <inf> host: Sent inference result: updown:0.86

[00:12:42.613,134] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 1 ms)

[00:12:42.613,159] <inf> host: circle: 0.02734

[00:12:42.613,171] <inf> host: flick: 0.00391

[00:12:42.613,183] <inf> host: idle: 0.05469

[00:12:42.613,195] <inf> host: updown: 0.91406

[00:12:42.613,296] <inf> host: Sent inference result: updown:0.91

[00:12:44.539,739] <inf> host: Predictions (DSP: 40 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:44.539,764] <inf> host: circle: 0.00391

[00:12:44.539,776] <inf> host: flick: 0.00391

[00:12:44.539,787] <inf> host: idle: 0.19531

[00:12:44.539,799] <inf> host: updown: 0.79687

[00:12:44.539,899] <inf> host: Sent inference result: updown:0.80

[00:12:46.464,274] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:46.464,299] <inf> host: circle: 0.00781

[00:12:46.464,311] <inf> host: flick: 0.02344

[00:12:46.464,323] <inf> host: idle: 0.91016

[00:12:46.464,335] <inf> host: updown: 0.05469

[00:12:46.464,435] <inf> host: Sent inference result: idle:0.91

[00:12:48.389,822] <inf> host: Predictions (DSP: 39 ms, Classification: 0 ms, Anomaly: 0 ms)

[00:12:48.389,848] <inf> host: circle: 0.00000

[00:12:48.389,859] <inf> host: flick: 0.00000

[00:12:48.389,871] <inf> host: idle: 0.98828

[00:12:48.389,883] <inf> host: updown: 0.01172

[00:12:48.389,981] <inf> host: Sent inference result: idle:0.99

Remote側のログ例

[00:12:33.001,486] <inf> RISC_V: Received: flick:0.74
[00:12:33.001,502] <inf> RISC_V: PWM: 50%
[00:12:34.927,029] <inf> RISC_V: Received: flick:0.79
[00:12:34.927,045] <inf> RISC_V: PWM: 50%
[00:12:36.851,597] <inf> RISC_V: Received: idle:0.50
[00:12:36.851,610] <inf> RISC_V: PWM: 0%
[00:12:38.772,199] <inf> RISC_V: Received: updown:0.86
[00:12:38.772,216] <inf> RISC_V: PWM: 100%
[00:12:40.691,773] <inf> RISC_V: Received: updown:0.86
[00:12:40.691,790] <inf> RISC_V: PWM: 100%
[00:12:42.613,297] <inf> RISC_V: Received: updown:0.91
[00:12:42.613,313] <inf> RISC_V: PWM: 100%
[00:12:44.539,900] <inf> RISC_V: Received: updown:0.80
[00:12:44.539,917] <inf> RISC_V: PWM: 100%
[00:12:46.464,435] <inf> RISC_V: Received: idle:0.91
[00:12:46.464,449] <inf> RISC_V: PWM: 0%
[00:12:48.389,982] <inf> RISC_V: Received: idle:0.99
[00:12:48.389,996] <inf> RISC_V: PWM: 0%