一种基于交换结构的多处理器数据交互方法与流程

本发明一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，属于高可靠容错计算机技术领域。

背景技术：

随着时代的发展，对新一代容错计算机性能要求越来越高，不仅对处理器性能和可靠性要求较高，并且容错计算机完成的任务功能越来越多。

传统容错计算机性能较低，处理器节点普遍采用共享总线型架构，导致运算速率和数据传输速率较低。传统容错计算机按任务功能分为多种计算机，每种计算机采用多余度机制保证可靠性，浪费系统资源。

技术实现要素：

本发明的目的：本发明提出一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，目的是提高容错计算机运算和数据传输速率，并且从系统角度整合资源，节省系统资源。

本发明的技术方案：

一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，所述方法基于多处理器和多交换结构桥接器crossbar构成的硬件平台，通过交换结构桥接器crossbar的架构和pci总线互连方式，使多处理器节点进行dma高速数据交互。

优选地，所述硬件平台采用的交换结构桥接器crossbar，其内部的64位全双工数据通道用于连接不同的单元，其内部的crossbar体系结构用于实现不同接口之间的并行数据交换。

优选地，所述pci总线互连方式将多个处理器互连，其中处理器a作为pci总线主设备，处理器b/c/d作为pci总线从设备。

优选地，所述交换结构桥接器具有2mb片内sram存储器，作为多处理器的共享存储器，用于多处理器间的数据交互。

优选地，所述pci总线主设备负责pci总线的初始化及管理工作，通过pci总线对pci总线从设备片内sram进行访问；pci总线从设备将pci接口地址映射到片内sram，访问片内sram以本地内存的形式直接进行。

优选地，所述硬件平台的多个处理器节点，分别负责不同的运算控制功能，定义pci总线主设备具有访问通信控制模块的能力，pci总线主设备将pci总线从设备数据向外转发；pci总线从设备将本地片内sram存储器分为接收区和发送区，pci总线主设备将外部数据写入pci总线从设备的接收区，pci总线从设备将发送数据写入发送区，可保证数据完整性。

优选地，所述处理器a将任务周期分为n个时间区域，每个区域只能访问n个pci总线从设备中的一个。这样的话，既能在硬件上具有仲裁机制，又能在软件层次保证数据交互有效性。

本发明的优点是：

1、通过crossbar交换技术和高速pci总线互连技术，多处理器节点进行dma高速数据交互，不占用处理器资源，在系统要求任务周期内完成数据交互；

2、单个容错计算机具有完成不同功能的多个处理器节点，节省系统资源。

附图说明：

图1是基于交换结构的多处理器数据交互结构图。

图2是多处理器节点pci总线互连结构图。

图3是多处理器节点软件分配空间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细的说明。

本发明基于多处理器和多交换结构桥接器crossbar构成的硬件平台，通过交换结构桥接器crossbar的架构和pci总线互连方式，使多处理器节点进行dma高速数据交互，不占用处理器资源，在系统要求任务周期内完成数据交互。

参见图1，本硬件平台在单个处理器模块中实现了两个独立的处理器节点，利用互连的高速pci总线，两个处理器可以互相通信和同步。每台容错计算机具有两个处理器模块，四个处理器节点可通过pci总线进行高速数据交换，构建一个由多处理模块组成的计算机系统。

所述方法采取以下步骤：

(一)配置阶段

本硬件平台采用交换结构的桥接器，桥接器利用内部的64位全双工数据通道来连接不同的单元，内部crossbar体系结构决定了不同接口之间可进行并行数据交换。

参见图2，本硬件平台采用基于pci总线方式实现多个处理器互连，处理器a作为pci总线主设备，处理器b/c/d作为pci总线从设备。

桥接器具有2mb片内sram存储器，作为多处理器的共享存储器，用于多处理器间的数据交互。处理器a负责pci总线的初始化、管理等工作，通过pci总线对处理器b/c/d片内sram进行访问。处理器b/c/d将pci接口地址映射到片内sram，访问片内sram以本地内存的形式直接进行。

(二)应用工作阶段

本硬件平台四个处理器节点分别负责不同的运算控制功能，只有处理器a具有访问通信控制模块的能力，处理器a将处理器b/c/d数据向外转发。

参见图3，处理器b/c/d将本地片内sram存储器分为接收区和发送区，处理器a将外部数据写入处理器b/c/d的接收区，处理器b/c/d将发送数据写入发送区，可保证数据完整性。

具体流程：

a)处理器a定期从通信控制模块读取数据，利用crossbar交换结构将数据从dev接口转发到ddr存储器，处理器a读取数据包标识将数据再次转发，利用crossbar交换结构从ddr存储器转发到pci接口，此时外部数据发送到pci总线，处理器b/c/d根据pci总线协议，决定是否将数据进行读取。

处理器b/c/d向外部发送数据，只需将数据存储在本地桥内sram，处理器a将任务周期分为3个时间区域，每个时间区域处理器a只能通过crossbar交换结构和pci总线读取处理器b/c/d中一个，这样的话，既能在硬件上具有仲裁机制，又能在软件层次保证数据交互有效性。

技术特征：

1.一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述方法基于多处理器和多交换结构桥接器crossbar构成的硬件平台，通过交换结构桥接器crossbar的架构和pci总线互连方式，使多处理器节点进行dma高速数据交互。

2.如权利要求1所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述交换结构桥接器crossbar，其内部的64位全双工数据通道用于连接不同的单元，其内部的crossbar体系结构用于实现不同接口之间的并行数据交换。

3.如权利要求1所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述pci总线互连方式将多个处理器互连，其中处理器a作为pci总线主设备，处理器b/c/d作为pci总线从设备。

4.如权利要求1所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述交换结构桥接器crossbar具有2mb片内sram存储器，作为多处理器的共享存储器，用于多处理器间的数据交互。

5.如权利要求3所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述pci总线主设备负责pci总线的初始化及管理工作，通过pci总线对pci总线从设备片内sram进行访问；pci总线从设备将pci接口地址映射到片内sram，访问片内sram以本地内存的形式直接进行。

6.如权利要求1或3所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述硬件平台的多个处理器节点，分别负责不同的运算控制功能，定义pci总线主设备具有访问通信控制模块的能力，pci总线主设备将pci总线从设备数据向外转发；pci总线从设备将本地片内sram存储器分为接收区和发送区，pci总线主设备将外部数据写入pci总线从设备的接收区，pci总线从设备将发送数据写入发送区。

7.如权利要求3所述的一种基于交换结构的多处理器数据交互方法，其特征在于：所述处理器a将任务周期分为n个时间区域，每个区域只能访问n个pci总线从设备中的一个。

技术总结
本发明一种基于交换结构的多处理器数据交互方法,所述方法基于多处理器和多交换结构桥接器CROSSBAR构成的硬件平台，通过交换结构桥接器CROSSBAR的架构和PCI总线互连方式，使多处理器节点进行DMA高速数据交互。本发明提供多处理器间高速传输能力，在有限任务周期内完成数据交互，构建一个多处理器组成的容错计算机系统。本发明的优点是多处理器间数据传输速率高、不占用处理器资源、节省系统资源。

技术研发人员：边庆;段小虎;王博;吴琳;白晨;索晓杰
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：2019.11.19
技术公布日：2020.04.21