專(zhuān)利名稱(chēng)：異種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)同步的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及的是一種對(duì)系統(tǒng)同步的改進(jìn)方法，特別是針對(duì)異種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)刻時(shí)鐘調(diào)整的裝置及方法。更重要的是此發(fā)明提供了用于節(jié)點(diǎn)同步的高分辨率頻率調(diào)整的裝置及方法，節(jié)點(diǎn)同步可用在非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)(NUMA)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL)是一種有趣的模、數(shù)技術(shù)混合的集成電路。盡管對(duì)鎖相環(huán)的基本設(shè)計(jì)的了解已有幾十年的歷史，但是它只成為了一個(gè)集成電路形式的實(shí)際部件，其中成本上可支付、設(shè)計(jì)上更可靠。
鎖相環(huán)(PLL)包括一個(gè)相位探測(cè)器、一個(gè)放大器、一個(gè)壓控振蕩器(VCO)和一個(gè)反饋環(huán)，反饋環(huán)允許輸出頻率既可以是除去噪聲的輸入信號(hào)，也可以是倍頻的輸入信號(hào)。鎖相環(huán)(PLL)已用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)、音頻譯碼、頻率發(fā)生、“干凈”信號(hào)發(fā)生以及脈沖同步等，這些只是其眾多應(yīng)用的一部分。因?yàn)檩敵鲱l率是輸入頻率的倍增，所以很難用這種頻率同步裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)理想的頻率調(diào)整。
非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)(NUMA)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是多處理器結(jié)構(gòu)的，此結(jié)構(gòu)只有單一的內(nèi)存地址空間，其內(nèi)存又分為“近”內(nèi)存和“遠(yuǎn)”內(nèi)存。由于對(duì)直接與帶有CPU的節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系的“近”內(nèi)存的訪問(wèn)比對(duì)與系統(tǒng)其它節(jié)點(diǎn)上的“遠(yuǎn)”內(nèi)存的訪問(wèn)速度快得多，所以訪問(wèn)是非均勻的。NUMA結(jié)構(gòu)的明顯優(yōu)勢(shì)在于它依比例協(xié)調(diào)效果好，也就是說(shuō)，給系統(tǒng)增加更多的節(jié)點(diǎn)和處理器不會(huì)產(chǎn)生在其它并行結(jié)構(gòu)中會(huì)降低操作性能的瓶頸問(wèn)題。
NUMA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題在于保持節(jié)點(diǎn)同步。事物處理通常帶有時(shí)標(biāo)，這些時(shí)標(biāo)由系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn)生的。由于這些節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘各自獨(dú)立，盡管它們幾乎是在同一時(shí)刻產(chǎn)生的，最終也會(huì)彼此偏離，需要再同步。這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間盡可能的小“周期滑動(dòng)”時(shí)標(biāo)是很重要的。
因此，對(duì)用在非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)(NUMA)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)同步而言高分辨率頻率調(diào)整的方法有很大優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
此發(fā)明介紹了用于異種機(jī)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)同步的裝置及方法，在異種機(jī)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)不共享系統(tǒng)時(shí)鐘。非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)(NUMA)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是可應(yīng)用這種方法和裝置的這樣一個(gè)系統(tǒng)。
為了能正確的運(yùn)行，多處理器系統(tǒng)中的事物處理必須精確地協(xié)調(diào)工作。事物處理請(qǐng)求附帶時(shí)標(biāo)，當(dāng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)更改時(shí)，相關(guān)的時(shí)標(biāo)值非常重要。這些時(shí)標(biāo)是以“時(shí)刻”值為基礎(chǔ)的，而此時(shí)刻值僅僅是由系統(tǒng)時(shí)鐘增加的一個(gè)寄存器。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)有各自的系統(tǒng)時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的頻率可能會(huì)偏離，導(dǎo)致時(shí)間標(biāo)記值變化。如果這些值偏離太多，可能會(huì)導(dǎo)致多處理器中的更新數(shù)據(jù)丟失。
這項(xiàng)發(fā)明監(jiān)控一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)“隸屬”時(shí)刻寄存器的“主”時(shí)刻寄存器的相對(duì)相位。一個(gè)具有高分辨率和快速頻率調(diào)整能力的頻率同步器與系統(tǒng)時(shí)鐘相連。當(dāng)發(fā)現(xiàn)主時(shí)刻值和隸屬時(shí)刻值的相位有變化時(shí)，頻率同步器的輸出小量調(diào)整，以回復(fù)這兩個(gè)信號(hào)的相位。


此發(fā)明的新穎性特征在隨附的權(quán)利要求中有闡述。發(fā)明本身，以及優(yōu)選實(shí)施例，更進(jìn)一步的目的和優(yōu)勢(shì)可以在參考附圖閱讀示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中看到。附圖如下所示圖1是帶有非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)(NUMA)的多處理器系統(tǒng)的圖形表示，此發(fā)明可用在這個(gè)結(jié)構(gòu)中。
圖2是NUMA結(jié)構(gòu)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明可用在此結(jié)構(gòu)中。
圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的頻率同步器。
圖4所示為傳統(tǒng)的頻率同步器中對(duì)應(yīng)于即時(shí)相位誤差的即時(shí)頻率誤差的曲線(xiàn)圖。
圖5所示為此發(fā)明中優(yōu)選實(shí)施例的頻率同步器。
圖6所示為基于該發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的三級(jí)頻率調(diào)節(jié)器。
圖7所示為該發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的動(dòng)態(tài)分頻器的詳細(xì)電路。
圖8所示為依據(jù)此發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作為時(shí)間的函數(shù)的相位和頻率調(diào)整圖表。
具體實(shí)施例方式
參閱上述附圖，特別是參考圖1--帶有非均勻存儲(chǔ)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)(NUMA)的多處理器系統(tǒng)的圖形表示。這個(gè)簡(jiǎn)化的圖形展示了一個(gè)系統(tǒng)帶有三個(gè)節(jié)點(diǎn)100、120和140。節(jié)點(diǎn)100包含有四個(gè)CPU(102、104、106、108)，本地存儲(chǔ)器110，輸入/輸出通道112，通訊通道114。節(jié)點(diǎn)120包含有四個(gè)CPU(122、124、126、128)，本地存儲(chǔ)器130，輸入/輸出通道132，通訊通道134。節(jié)點(diǎn)140包含有四個(gè)CPU，(142、144、146、148)，本地存儲(chǔ)器150，輸入/輸出通道152，通訊通道154。
外部磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器156與輸入/輸出通道152相連。節(jié)點(diǎn)利用高速通道116和136相互連接。這個(gè)系統(tǒng)只包括一個(gè)地址空間，此地址空間由內(nèi)存庫(kù)110，130，150組成。CPU訪問(wèn)它的本地內(nèi)存庫(kù)(例如CPU102訪問(wèn)內(nèi)存110)會(huì)非?？?，這是因?yàn)檫@個(gè)訪問(wèn)不需要使用節(jié)點(diǎn)之間的連接通道116或者136。通過(guò)CPU訪問(wèn)遠(yuǎn)內(nèi)存庫(kù)(例如CPU102訪問(wèn)內(nèi)存130)會(huì)比較慢，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)必須通過(guò)通訊通道116傳送。
本領(lǐng)域中普通的技術(shù)人員理解可以改變圖1描述的硬件部分。例如，節(jié)點(diǎn)可以放在超立方網(wǎng)絡(luò)中，此時(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)是2的N次方，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)與N個(gè)其他節(jié)點(diǎn)相連。例如，在帶有16個(gè)節(jié)點(diǎn)的超立方網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與4個(gè)其它節(jié)點(diǎn)相連。圖1描述的例子沒(méi)有這么復(fù)雜，并且不對(duì)目前發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行制。
圖1只是一個(gè)例子，而不是作為當(dāng)前發(fā)明程序的一個(gè)結(jié)構(gòu)限制提出來(lái)的。在一個(gè)NUMA系統(tǒng)中處理器類(lèi)型是同類(lèi)的，但是當(dāng)前的發(fā)明也可用于異種機(jī)系統(tǒng)，異種機(jī)系統(tǒng)中不同種類(lèi)的處理器或計(jì)算機(jī)都是多處理器計(jì)算機(jī)環(huán)境的組成部分。假設(shè)這些分布處理器沒(méi)有共享時(shí)鐘，因此會(huì)出現(xiàn)如圖2所示的相對(duì)頻率移位。
圖2是NUMA結(jié)構(gòu)中多節(jié)點(diǎn)的圖形描述，如圖1結(jié)構(gòu)所示。n個(gè)節(jié)點(diǎn)分別標(biāo)號(hào)為節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2……直到節(jié)點(diǎn)n-2、節(jié)點(diǎn)n-1。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有獨(dú)立的頻率源表示為f0到fn-1。這些頻率源用來(lái)產(chǎn)生儲(chǔ)存在時(shí)刻(TOD)寄存器中的時(shí)標(biāo)。因?yàn)檫@些節(jié)點(diǎn)有各自獨(dú)立的時(shí)鐘，即使這些時(shí)標(biāo)精確地在同一時(shí)間啟動(dòng)，它們最終仍會(huì)偏移并請(qǐng)求再同步。
盡管這些節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上相似，但是需要指定其中一個(gè)作為主節(jié)點(diǎn)，此圖中節(jié)點(diǎn)0為主節(jié)點(diǎn)，其他的節(jié)點(diǎn)是隸屬節(jié)點(diǎn)，隸屬節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻須與主節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻重新同步。在節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生盡可能小的“周期滑動(dòng)”的精確頻率發(fā)生是很重要的。所需要的頻率發(fā)生系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)地對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以改變時(shí)刻寄存器的值。
圖3所示為在現(xiàn)有技術(shù)中使用的傳統(tǒng)頻率同步器。參考頻率302輸入到鎖相環(huán)。分頻器304對(duì)參考頻率K2分頻(K2是整數(shù)，K2＝1、2……N2)。分頻器304的輸出送到相位探測(cè)器306。其他相位探測(cè)器的輸入量將在下文討論。相位探測(cè)器306的輸出送到充電裝置308。充電裝置308在相位誤差存在的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生一電流，該電流經(jīng)電容器C1310積分，產(chǎn)生一個(gè)電壓Vc，將此電壓輸給壓控振蕩器(vco)312。vco的輸出是來(lái)自于電路的頻率輸出，等于(k1/k2)fref。此信號(hào)輸入給分頻器316，將fout進(jìn)行K1分頻，K1是整數(shù)，范圍從1，2……直到N1。穩(wěn)態(tài)時(shí)分頻器316的輸出等于fref/k2，并且是相位探測(cè)器306的第二次輸入。至此，反饋環(huán)結(jié)束。因?yàn)閮纱谓o相位探測(cè)器306的輸入都等于fref/k2，所以相位探測(cè)器306可以觀測(cè)到任何一個(gè)頻率的移動(dòng)，并且通過(guò)充電裝置308送給壓控振蕩器312，導(dǎo)致fout調(diào)整回同步值(k1/k2)fref。
k1和k2的值必須是固定不變的，以避免由鎖相環(huán)失步頻率引起的周期滑動(dòng)。fout的值等于(k1/k2)fref。通過(guò)給k1和k2賦不同的整數(shù)值，以輸入頻率為基礎(chǔ)來(lái)同步輸出頻率。但是如后文所述，這些值不能動(dòng)態(tài)改變。
圖4所示為對(duì)應(yīng)于即時(shí)相位誤差的即時(shí)頻率誤差曲線(xiàn)圖。在穩(wěn)態(tài)條件下，如果原點(diǎn)處產(chǎn)生的單純頻率誤差超過(guò)大約2.5MHZ的失步頻率，會(huì)引起周期滑動(dòng)。如圖4所示，如果頻率偏移小于失步頻率，頻率將會(huì)自動(dòng)回復(fù)到原點(diǎn)；但是當(dāng)分頻設(shè)置k1和k2時(shí)改變?nèi)鐖D3，頻率偏移大于失步值會(huì)導(dǎo)致很大的即時(shí)頻率誤差和周期滑動(dòng)。所以用傳統(tǒng)的鎖相環(huán)，k1和k2的值是固定不變的，因此不可能進(jìn)行很優(yōu)良的輸出頻率調(diào)整。
圖5所示為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的頻率同步器。與圖3所示相同，輸入仍然是fref，輸出是(k1/k2)fref。主要的不同在于將k2分頻的分頻器從電路的輸入端移到了電路的輸出端。如后文所述，允許k2值改變能夠?qū)敵鲱l率做優(yōu)化調(diào)整。由于周期滑動(dòng)的問(wèn)題，這種調(diào)整不可能用圖3所示的電路。
鎖相環(huán)的輸入是參考頻率502，這個(gè)頻率送給相位探測(cè)器504。相位探測(cè)器的其他輸入將在下文討論。相位探測(cè)器504的輸出送給充電裝置506。充電裝置在相位存在誤差的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電流，此電流被電容器C1積分產(chǎn)生一電壓Vc，Vc輸入給壓控振蕩器(vco)512。vco的輸出等于k1fref。這個(gè)信號(hào)輸入給分頻器516，再被k1分頻，k1是整數(shù)，取值范圍從1，2……直到N1。分頻器516的輸出等于fref，fref作為相位探測(cè)器504的第二次輸入。反饋環(huán)結(jié)束。因?yàn)閮纱谓o相位探測(cè)器506的輸入都等于fref，所以相位探測(cè)器504可以觀測(cè)到任何一個(gè)頻率的移動(dòng)并且通過(guò)充電裝置508送給壓控振蕩器512。
電路的輸出fout514是通過(guò)將vco510的輸出送給分頻器512而產(chǎn)生的。512將它的輸入值k2分頻從而產(chǎn)生值(k1/k2)fref。這與圖3中電路的輸出值相同，但是有一個(gè)主要的區(qū)別。k2的值可以改變而不引起周期滑動(dòng)。
特別感興趣的是k1近似等于k2，則k1/k2比值近似等于1加或減一個(gè)差值因子。將這些值代入頻率輸出公式，則有fout＝(1±Δ)fref。因此，改變k2的值(其改變不會(huì)引起周期滑動(dòng))，輸出頻率可以相對(duì)于輸入頻率小量上調(diào)或下調(diào)。
圖5中的電路級(jí)聯(lián)使頻率調(diào)整優(yōu)化。圖6所示為三級(jí)頻率調(diào)節(jié)器。第一級(jí)前端是傳統(tǒng)的頻率同步器，與圖3所示的相似。特別地，分頻器602將輸入頻率fref進(jìn)行L分頻。之后送到鎖相環(huán)604的前饋回路，鎖相環(huán)604包含有一個(gè)相位探測(cè)器，如306，一個(gè)充電裝置如308，一個(gè)電容器，如310，還有一個(gè)壓控振蕩器，如312。圖6所示為將這些部分組織在一起構(gòu)成的一個(gè)鎖相環(huán)。
為形成閉環(huán)，鎖相環(huán)604的輸出經(jīng)分頻器606進(jìn)行k1分頻。分頻器輸出反饋，作為是鎖相環(huán)604的一部分的相位探測(cè)器的第二次輸入。傳統(tǒng)的頻率同步器的頻率輸出是k1fref/L，這里的k1和L是固定不變的。
為了允許動(dòng)態(tài)的頻率調(diào)整，鎖相環(huán)604的輸出送給分頻器608，608的輸入頻率被k2分頻。k2的值可以動(dòng)態(tài)改變，其方式與圖5中對(duì)分頻器512的動(dòng)態(tài)調(diào)整相似。此動(dòng)態(tài)分頻器的詳細(xì)的電路在圖7中給出。三級(jí)頻率調(diào)節(jié)器中第一級(jí)的輸出是(k1fref)/(k2L)，此處k1和L是固定不變的，k2是可變的。此輸出記為f2。
三級(jí)頻率調(diào)節(jié)器的第二級(jí)包含有鎖相環(huán)610的前饋回路、具有由k3進(jìn)行分頻的分頻器612的反饋電路，在輸出處由k4進(jìn)行分頻的分頻器614。612為k3分頻，614為k4分頻。第二級(jí)的頻率輸出等于(k3/k4)f2，此頻率記為f3。其中，k3的值是固定不變的，k4的值是可變的。
三級(jí)頻率調(diào)節(jié)器的第三級(jí)與第二級(jí)結(jié)構(gòu)相同。包含由鎖相環(huán)618構(gòu)成的前饋回路，具有由M進(jìn)行分頻得分頻器620的反饋電路，在輸出處由N進(jìn)行分頻的分頻器622。最后一級(jí)的頻率輸出fout等于(M/N)f3。M和N的值都是固定不變的。
將各級(jí)電路的不同公式代入，可以得到fout＝(k1/k2)(k3/k4)(M/N)(fref/L)，此處k2和k4是可變的。代入典型的頻率值可以看到輸出頻率可以調(diào)整得相當(dāng)精細(xì)。令fref等于150MHz。選擇不同分頻器的值，以使輸出頻率也是150MHz，但是通過(guò)改變k2和k4的值可以得到優(yōu)良的調(diào)整結(jié)果。L，k1，k3都設(shè)為100，M和N分別設(shè)為200和2。情況1k2設(shè)為119，k4設(shè)為84。頻率輸出的結(jié)果是150.06MHz；即150MHz改變了+60,000Hz，即正百萬(wàn)分之(PPM)四百。情況2k2設(shè)為122，k4設(shè)為82。頻率輸出的結(jié)果是149.94MHz；即150MHz中改變了-60,000Hz，即-400PPM。
通過(guò)執(zhí)行逐級(jí)的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)頻率在第二級(jí)的偏移小于2.5％，在第三級(jí)的偏移小于0.08％。本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員理解，如果有更多級(jí)級(jí)聯(lián)，可以獲得更加精細(xì)的頻率調(diào)整。除了最后一級(jí)，每一級(jí)的輸出端分頻器都是可變的。
現(xiàn)有技術(shù)的分頻器與特定分頻值硬連接。所以必須設(shè)計(jì)了一種能進(jìn)行任何整數(shù)分頻并可以快速改變分頻值的新型電路。
圖7所示為動(dòng)態(tài)分頻器的電路圖。REG_A 704存儲(chǔ)分頻值，記為K。REG_B 712存儲(chǔ)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值。REG_OUT 716是保持輸出狀態(tài)的一位寄存器。這三個(gè)寄存器通過(guò)輸入頻率使時(shí)鐘同步。MUX(多路轉(zhuǎn)換器)702有兩路輸入NEW_K(新K值)和CURRENT_K(當(dāng)前K值)。這兩個(gè)值之一的選取是以CHANGE_K(K值的變化)為基礎(chǔ)的。如果CHANGE_K被激活，MUX的輸出是輸入NEW_K；如果CHANGE_K沒(méi)有激活，MUX的輸出為輸入CURRENT_K。
無(wú)論何時(shí)，當(dāng)前的計(jì)數(shù)值小于當(dāng)前的分頻值時(shí)，比較器A＞BCOMP706打開(kāi)。無(wú)論何時(shí)比較器706打開(kāi)時(shí)，增量器INC710使計(jì)數(shù)值增1并且將新值存入REG_B712?；赗EG_OUT716的設(shè)置的輸出狀態(tài)保持不變。當(dāng)計(jì)數(shù)值超過(guò)分頻值，比較器706的輸出關(guān)閉，導(dǎo)致增量器被設(shè)回1，REG_OUT716的值被切換，從而有輸出頻率改變的狀態(tài)。
檢查特殊頻率值有助于理解電路的運(yùn)行。假設(shè)多路轉(zhuǎn)換器的輸出是分頻值120，并且REG_B712的值被重新設(shè)置，所以REG_B712從1開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到分頻值。當(dāng)計(jì)數(shù)等于分頻值時(shí)，觸發(fā)A＞B COMP706輸出改變狀態(tài)。這會(huì)產(chǎn)生兩種效果使REG_B的值重置為1，在切換來(lái)自REG_OUT 716的輸出頻率。對(duì)于每120個(gè)脈沖的輸入，會(huì)有一個(gè)脈沖的輸出。所以這個(gè)電路的運(yùn)行好象是“被120除”電路。
假設(shè)NEW_K值是110并且接收到了CHANGE_K值命令；這將110傳給多路復(fù)用器的“A輸入”。將有兩種可能的情況REG_B的計(jì)數(shù)值小于110或在110和120之間。在計(jì)數(shù)值小于110的情況下，REG_B 712繼續(xù)計(jì)數(shù)，但直到110時(shí)重置為初始值。如果REG_B的計(jì)數(shù)值已經(jīng)大于110，則切換比較器A＞B COMP的輸出，使輸出頻率變化且計(jì)數(shù)器重置。
本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員會(huì)理解，在NEW_K值比CURRENT_K值大時(shí)，情況更容易。當(dāng)前的計(jì)數(shù)值小于NEW_K值時(shí)，一旦多路復(fù)用器將輸入切換給比較器，計(jì)數(shù)將繼續(xù)直到達(dá)到新的分頻值。
圖8給出了作為時(shí)間的函數(shù)的相位和頻率調(diào)節(jié)曲線(xiàn)。隸屬頻率φs的相位以鋸齒曲線(xiàn)802的形式顯示在圖的上部，而主頻率φm的相位以水平線(xiàn)804的形式顯示。術(shù)語(yǔ)“相位”在此處并不是模擬的含義，而是應(yīng)用于兩個(gè)時(shí)刻寄存器的數(shù)字內(nèi)容。寄存器由各自的系統(tǒng)時(shí)鐘增加，所以這些時(shí)鐘頻率會(huì)慢慢的漂移，寄存器的值表示兩個(gè)時(shí)鐘相應(yīng)滑差的積累。隸屬頻率的相位開(kāi)始下降并且最終穿過(guò)主頻率相位。一旦發(fā)現(xiàn)穿越，就調(diào)節(jié)隸屬頻率時(shí)鐘。
主頻率fm以水平線(xiàn)806的形式顯示在圖的下面。隸屬頻率808以虛線(xiàn)的形式顯示在圖的下面；開(kāi)始它表現(xiàn)為比主頻率806多200PPM。垂直的虛線(xiàn)810，812，814，816，818，820，822和824表示主相位和隸屬相位信號(hào)比較的次數(shù)，必要時(shí)可以修改。
在810，812，814，816時(shí)刻，隸屬相位802大于主相位804。在這些相同的時(shí)間間隔中，隸屬頻率808比主頻率806多200PPM。在同步時(shí)間818，隸屬相位802小于主相位804。觀測(cè)到這種情況時(shí)，調(diào)節(jié)與隸屬關(guān)聯(lián)的多級(jí)頻率同步器中的可變分頻器產(chǎn)生一隸屬頻率808，它比主頻率806少200PPM。這會(huì)引起隸屬相位802迅速上升，直到820時(shí)刻它再一次比主相位大。由此導(dǎo)致隸屬頻率808在比主頻率806大200PPM和小200PPM之間變化。在822和824之間的時(shí)間間隔內(nèi)，隸屬相位802仍然比主相位804大，因此隸屬頻率808仍保持比主頻率806大200PPM。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會(huì)理解，一旦隸屬相位802小于主相位804，隸屬頻率808將下降到比主頻率806小200PPM，從而使系統(tǒng)回復(fù)平衡。連續(xù)相位差觀測(cè)及相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)使時(shí)刻寄存器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中保持同步。若沒(méi)有這些調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間，寄存器差異變得越來(lái)越大，因時(shí)刻標(biāo)記問(wèn)題會(huì)引起系統(tǒng)故障。但是，在典型的實(shí)施例中，同步時(shí)刻大約每一千個(gè)周期會(huì)出現(xiàn)一次，時(shí)刻值從來(lái)不會(huì)大到引起嚴(yán)重問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題引入昂貴的硬件，例如用外部原子時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生同步。使用此項(xiàng)發(fā)明，使用了盡量少的額外硬件，使多處理器系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)或多個(gè)時(shí)刻寄存器可以同步。
這項(xiàng)發(fā)明的描述為展示和說(shuō)明目的而給出，但是并不局限于所示的形式。那些本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可進(jìn)行很多變化。選擇這個(gè)實(shí)施例來(lái)描述是為了最好的解釋這項(xiàng)發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，也為了本領(lǐng)域中其他技術(shù)人員能針對(duì)具有設(shè)想適用的不同修改的不同實(shí)施例來(lái)理解本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.在多處理器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，用來(lái)對(duì)由本地時(shí)鐘為多個(gè)節(jié)點(diǎn)增加的計(jì)數(shù)進(jìn)行同步的方法，此方法包括在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中指定一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其中其余的節(jié)點(diǎn)指定為隸屬節(jié)點(diǎn)；確定在與由隸屬節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘信號(hào)增加的計(jì)數(shù)器相關(guān)聯(lián)的相位和與由主節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘信號(hào)增加的計(jì)數(shù)器相關(guān)聯(lián)的相位之間的相位差；觀測(cè)與主節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位和與隸屬節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位之間相差變化的走向；并且調(diào)整隸屬節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率，使得與隸屬節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位和與主節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位之間的相差改變?cè)瓉?lái)的走向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的任何節(jié)點(diǎn)都可以指定為主節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于相位是在特定的時(shí)間間隔上比較的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于用來(lái)比相的特定時(shí)間間隔越小，則產(chǎn)生相差偏移的越小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于相位差是通過(guò)主節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)值與隸屬節(jié)點(diǎn)的計(jì)數(shù)值的差值測(cè)量得到的。
6.在多處理器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中對(duì)由本地時(shí)鐘為多個(gè)節(jié)點(diǎn)增加的計(jì)數(shù)器進(jìn)行同步的裝置，此裝置包括從多個(gè)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)時(shí)鐘相連的一個(gè)頻率同步器，其中頻率同步器可對(duì)輸出頻率做一些小的增量的調(diào)整；以及一個(gè)比較器，其中比較器決定與隸屬節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位和與主節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的相位間相位差的變化走向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻率同步器包含不同分頻器，可用于通過(guò)調(diào)整分頻器的分頻常數(shù)來(lái)調(diào)整頻率輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于多個(gè)節(jié)點(diǎn)的任何節(jié)點(diǎn)都可以指定為主節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于計(jì)數(shù)器的相位是在特定的時(shí)間間隔上進(jìn)行比較的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于的特定時(shí)間間隔越小，引起相差偏移也越小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于相差是通過(guò)主節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)值與隸屬節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)值的差值測(cè)量出來(lái)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于與隸屬節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)器關(guān)聯(lián)的相位和與主節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)器關(guān)聯(lián)的相位間的相位差的變化走向引起隸屬節(jié)點(diǎn)的頻率同步器輸出改變，從而使相位差走向改變。
全文摘要
可用于異種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)同步的裝置及方法,此系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)不共享統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘。在多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,為了能正確運(yùn)行,事物處理必須精確協(xié)調(diào)。事物處理請(qǐng)求附加時(shí)標(biāo),當(dāng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)改變時(shí),時(shí)標(biāo)的相對(duì)值是非常重要的。這些時(shí)標(biāo)是以“時(shí)刻”值為基準(zhǔn),這可以只是由系統(tǒng)時(shí)鐘增加的一個(gè)寄存器。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的系統(tǒng)時(shí)鐘,這些時(shí)鐘頻率可能會(huì)有偏移,由此導(dǎo)致時(shí)標(biāo)值的變化。如果此值偏移太大,多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的更新數(shù)據(jù)可能丟失?！爸鳌睍r(shí)刻寄存器的相對(duì)相位由一個(gè)或者多個(gè)“隸屬”時(shí)刻寄存器監(jiān)控。有高分辨率和快速頻率調(diào)整能力的頻率同步器可以與系統(tǒng)時(shí)鐘相連。當(dāng)觀測(cè)到主時(shí)刻值與隸屬時(shí)刻值的相位變化時(shí),可小量改變頻率同步器的輸出來(lái)回復(fù)這兩個(gè)信號(hào)的相位。
文檔編號(hào)G06F15/163GK1337637SQ0112455
公開(kāi)日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月3日
發(fā)明者戴維·W·伯爾斯特勒, 馬克·E·迪恩, 吳界雄, 安德魯·C·齊默爾曼 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司