專利名稱：一種多處理機(jī)通信裝置及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信裝置及其通信方法，尤其涉及一種應(yīng)用于多處理機(jī)間通信的通信裝置及其通信方法。
背景技術(shù)：
目前使用多處理機(jī)進(jìn)行并行處理是提高系統(tǒng)性能的最好方法之一，大型嵌入式設(shè)備也經(jīng)常被設(shè)計成多處理機(jī)系統(tǒng)。多處理機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于實時應(yīng)用系統(tǒng)、及其它對計算能力要求很高的處理系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)正日趨復(fù)雜，它們可能需要使用同一種類型的多個處理機(jī)來構(gòu)成一個并行系統(tǒng)，也可能需要使用不同類型的多個處理機(jī)構(gòu)成一個系統(tǒng)，無論哪一種情況，處理機(jī)之間一般都需要進(jìn)行通信，尤其在實時應(yīng)用中，更需要高速可靠的通信手段，以有效保證系統(tǒng)的實時性。
為了解決多個處理機(jī)的互聯(lián)通信問題，現(xiàn)有技術(shù)中，采用處理機(jī)本身設(shè)計的高速接口進(jìn)行互聯(lián)通信，但高速接口是自行設(shè)計的處理機(jī)本身帶有的端口，這些接口通常只是企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，一般只能與同類型的處理機(jī)通信。也就是說采用這種高速接口進(jìn)行多處理機(jī)間互聯(lián)通信不具通用性，大多數(shù)處理機(jī)并不具備這種直接通信的能力，給這些處理機(jī)間的快速通信帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多處理機(jī)通信裝置及其通信方法，提高其通用性，實現(xiàn)多處理機(jī)間全互聯(lián)連接，通信信息可直接實時、穩(wěn)定傳輸，避免了通信信息丟失，從而提高了通信可靠性。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多處理機(jī)通信裝置，包括通信端口和交叉交換單元，處理機(jī)的外部存儲器接口與所述通信端口相連，所述通信端口間通過所述交叉交換單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
在上述方案中，所述通信端口包括中斷控制單元和通信端口寄存器組。
在上述方案中，所述通信端口寄存器組包括通信設(shè)置寄存器、通信響應(yīng)寄存器、通信源寄存器和消息寄存器組，其中所述通信設(shè)置寄存器用于向其他通信端口發(fā)送通信請求；所述通信響應(yīng)寄存器用于向其他通信端口發(fā)送通信響應(yīng)信號；所述通信源寄存器用于指示通信源；所述消息寄存器組用于存儲來自中斷信號源的通信信息。
在上述方案中，所述通信端口以中斷方式響應(yīng)通信，發(fā)出中斷信號，所述中斷控制單元接收所述通信端口發(fā)來的中斷信號，進(jìn)行中斷服務(wù)處理；通過所述通信端口寄存器組，處理機(jī)的外部存儲器接口直接控制所述通信端口寄存器組的讀寫。
在上述方案中，所述中斷控制單元處理電平觸發(fā)中斷和沿觸發(fā)中斷，多端口向同一端口發(fā)送通信請求時，即多個處理機(jī)向同一處理機(jī)發(fā)送通信請求，所述中斷控制單元多次發(fā)送中斷請求。
在上述方案中，所述通信設(shè)置寄存器由低位和高位兩部分組成，低位是通信目標(biāo)代碼，高位用于描述通信信息。
在上述方案中，所述通信響應(yīng)寄存器和所述通信源寄存器的每一位代表一個處理機(jī)。
在上述方案中，所述消息寄存器組中的每一個對應(yīng)一個處理機(jī)。
在上述方案中，所述通信信息帶有軟件自定義的通信編碼。
在上述方案中，所述通信端口由通信端口寄存器組組成，以查詢方式響應(yīng)通信，處理機(jī)通過直接訪問所述通信源寄存器組來查看通信請求。
本發(fā)明提供一種多處理機(jī)通信方法，應(yīng)用于多處理機(jī)系統(tǒng)中，包括以下步驟a)源處理機(jī)通過通信裝置向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送通信請求，通信請求包括目標(biāo)信息和通信信息；b)通信裝置將通信信息寫入目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中保存，在目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中指明通信源，同時向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送中斷信號；
c)目標(biāo)處理機(jī)接收到源處理機(jī)發(fā)出的中斷信號后，進(jìn)入中斷處理服務(wù)，判斷是源處理機(jī)發(fā)來的通信請求；d)目標(biāo)處理機(jī)讀取已保存的通信信息的內(nèi)容，對內(nèi)容進(jìn)行判斷；e)目標(biāo)處理機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理；f)目標(biāo)處理機(jī)清除源處理機(jī)發(fā)來的中斷；g)目標(biāo)處理機(jī)判斷是否需要向源處理機(jī)發(fā)送響應(yīng)信息？如果是，執(zhí)行步驟a)，此時源處理機(jī)和目標(biāo)處理機(jī)位置互換，如果否，執(zhí)行下一步；h)通信結(jié)束。
由上可知，通過所述通信裝置和通信方法可實現(xiàn)不同類型的多處理機(jī)間全互聯(lián)的直接、實時通信，通信裝置中使用交叉交換單元實現(xiàn)各通信端口的信息交換，系統(tǒng)中任何處理機(jī)間可以獨立地進(jìn)行通信；所述通信裝置可連接不同類型的處理機(jī)，提高了通用性。
此外，所述通信裝置中有中斷發(fā)生裝置，在多個處理機(jī)向同一個處理機(jī)同時發(fā)送通信請求時，也不會丟失中斷信息，從而提高了通信的可靠性。


圖1是本發(fā)明實施例多處理機(jī)通信裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實施例多處理機(jī)通信裝置中的通信端口組成圖；圖3是本發(fā)明實施例多處理機(jī)通信裝置的通信端口中的中斷控制邏輯圖；圖4a是本發(fā)明多處理機(jī)通信裝置的通信方法流程圖；圖4b是本發(fā)明實施例多處理機(jī)通信裝置的通信方法流程圖；具體實施方式
多處理機(jī)間要進(jìn)行通信，就需要通過通信裝置來發(fā)送和接收通信信息，這就需要讀寫外部存儲器。處理機(jī)的外部存儲器接口可以分為2種類型，同步接口和異步接口。同步接口用于和同步存儲器(如SDRAM、DDR RAM等)連接，異步接口用于和異步存儲器(如DRAM、FLASH、ROM等)連接，異步存儲器接口一般不需要時鐘控制，在各種處理機(jī)中廣泛存在，本發(fā)明使用異步存儲器接口。
異步存儲器接口通常有三部分組成地址信號、控制信號、數(shù)據(jù)總線，根據(jù)特定處理機(jī)的地址映射情況和數(shù)據(jù)訪問情況來定義地址總線寬度和數(shù)據(jù)總線寬度。
下面參見附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1是多處理機(jī)通信裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，多處理機(jī)通信裝置包括通信端口和交叉交換單元。連接N個處理機(jī)的通信裝置具有N個通信端口，第一通信端口11，第二通信端口12，第三通信端口13，第四通信端口14，第五通信端口15，及第N通信端口16，以上通信端口之間通過交叉交換單元17進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每個端口結(jié)構(gòu)組成均相同，每個端口有一個中斷信號，用于給處理機(jī)發(fā)送中斷控制；另外，每個端口有一組寄存器，稱為通信端口寄存器組，處理機(jī)的外部存儲器接口直接控制這些通信端口寄存器組的讀寫。
下面結(jié)合圖2詳細(xì)描述本發(fā)明實施例中的多處理機(jī)通信裝置的通信端口。
圖2是通信裝置中的通信端口結(jié)構(gòu)組成圖，如圖所示，通信端口包括一組用于處理機(jī)間通信的通信端口寄存器組26及中斷控制單元25。通信端口寄存器組由通信設(shè)置寄存器21、通信響應(yīng)寄存器22、通信源寄存器23和消息寄存器組24組成。其中通信設(shè)置寄存器21是用于向其它處理機(jī)發(fā)送通信請求，它由兩部分組成，低位是(N-1)位通信目標(biāo)代碼，高(M)位用于描述通信信息，通信信息是由軟件自定義的通信編碼，處理機(jī)之間可以通過這些通信信息進(jìn)行高速的小量信息傳輸，達(dá)到快速響應(yīng)的要求，也可以使用這些通信信息來說明此次通信的含義。也就是說，處理機(jī)之間不僅能完成互相發(fā)送中斷的操作，還可以直接傳送數(shù)據(jù)，對于具體的數(shù)據(jù)量，可根據(jù)需要自定義。
通信響應(yīng)寄存器22用于向其它處理機(jī)發(fā)送通信響應(yīng)信號，它由(N-1)位組成，每位代表系統(tǒng)中除本處理機(jī)外的一個處理機(jī)，寫1表示要清除與相對應(yīng)的處理機(jī)的中斷信號。
通信源寄存器23用于指示是哪些處理機(jī)是通信源，它由(N-1)位組成，每一位對應(yīng)了一個處理機(jī)，如果某位值為1，則表示對應(yīng)的處理機(jī)向本處理機(jī)發(fā)送了通信請求，為0表示沒有通信請求。
(N-1個)消息寄存器組24中存放了來自中斷信號源源的通信消息，每個寄存器的寬度是M位，每一個寄存器對應(yīng)一個處理機(jī)，用于存儲其它處理機(jī)發(fā)來的通信信息。
如圖1和圖2所示，如果某處理機(jī)向其端口寄存器組中的通信設(shè)置寄存器進(jìn)行了寫操作，交叉交換單元就會根據(jù)通信設(shè)置寄存器中的通信目標(biāo)代碼內(nèi)容，把通信設(shè)置寄存器中的通信信息寫到通信目標(biāo)代碼中值為1的對應(yīng)處理機(jī)的消息寄存器中，并把目標(biāo)處理機(jī)的通信源寄存器的對應(yīng)位置1。通信裝置中的交叉交換單元17是完全互聯(lián)的，每個通信都是相互獨立的。交叉交換單元17使用統(tǒng)一的時鐘信號，與處理機(jī)的時鐘無關(guān)，系統(tǒng)中的處理機(jī)可以工作在相同的頻率，也可以工作在不同的頻率，這些處理機(jī)還可以是不同類型。
通信端口寄存器組中，需要進(jìn)行通信的每個處理機(jī)都有對應(yīng)的寄存器進(jìn)行控制，它可以接受來自任何一個或者多個處理機(jī)發(fā)送的通信請求，也可以向任何一個或多個處理機(jī)發(fā)送通信請求信息，系統(tǒng)中的處理機(jī)能進(jìn)行全互聯(lián)的通信。當(dāng)源處理機(jī)向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送通信請求后，目標(biāo)處理機(jī)的通信源寄存器在對應(yīng)位就會置1，同時中斷控制單元會向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送中斷信號，中斷信號在通信端口的邏輯控制單元25中進(jìn)行中斷信號處理，然后目標(biāo)處理機(jī)從源處理機(jī)讀取信息。
下面結(jié)合圖3詳細(xì)說明通信端口中的中斷控制單元對中斷信號的處理。
圖3是通信裝置中通信端口的中斷控制單元原理圖，如圖所示，系統(tǒng)復(fù)位后，計數(shù)邏輯的輸出端(B)為1。通信源寄存器的任何一位或幾位置0(由1變?yōu)?)時，計數(shù)邏輯的輸入端(A端)有一個周期的高電平，計數(shù)邏輯檢測到輸入A的高電平后，把計數(shù)器復(fù)位為0，并把輸出B置為0，計數(shù)器開始進(jìn)行加1計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器滿時，停止計數(shù)，輸出B置為1，這樣就強(qiáng)制在通信源寄存器的任何一位或幾位置1時，中斷信號有一個低電平。
中斷控制單元可以避免丟失通信信息。如果圖3中處理機(jī)A發(fā)來了中斷請求，這時將產(chǎn)生一個中斷信號，目標(biāo)處理機(jī)讀其通信源寄存器時，處理機(jī)B又發(fā)來一個通信請求，這時處理機(jī)將不能立刻處理這個請求。在目標(biāo)處理機(jī)處理完處理機(jī)A的通信請求后，將向其通信源寄存器的A位置寫0，中斷控制邏輯將在一定的延時(由計數(shù)器控制)后，再次給出處理機(jī)B的中斷。
由于計數(shù)邏輯的作用，中斷控制單元產(chǎn)生的中斷信號能同時滿足處理機(jī)的沿觸發(fā)中斷和電平觸發(fā)中斷的要求。中斷控制單元保證了在多個處理機(jī)向同一個處理機(jī)同時發(fā)送通信請求時，中斷控制單元能多次發(fā)送中斷請求，不會丟失中斷信息。
處理機(jī)除了可以使用中斷的方式響應(yīng)通信外，也可以直接訪問其通信源寄存器來判斷是否有其它處理機(jī)的通信請求，這種方式稱為查詢方式，使用這種通信方式，處理機(jī)可以不需要外部中斷接口。由于每個中斷源都有相對應(yīng)的消息寄存器，多個處理機(jī)向同一個處理機(jī)發(fā)送通信請求時，通信信息也是相互獨立的，目標(biāo)處理機(jī)也可以識別出每一個通信請求。
如圖4a所示，一種應(yīng)用于多處理機(jī)系統(tǒng)中的多處理機(jī)通信方法，包括以下步驟a)源處理機(jī)通過通信裝置向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送通信請求，通信請求包括目標(biāo)信息和通信信息；b)通信裝置將通信信息寫入目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中保存，在目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中指明通信源，同時向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送中斷信號；c)目標(biāo)處理機(jī)接收到源處理機(jī)發(fā)出的中斷信號后，進(jìn)入中斷處理服務(wù)，判斷是源處理機(jī)發(fā)來的通信請求；d)目標(biāo)處理機(jī)讀取已保存的通信信息的內(nèi)容，對內(nèi)容進(jìn)行判斷；e)目標(biāo)處理機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理；f)目標(biāo)處理機(jī)清除源處理機(jī)發(fā)來的中斷；g)目標(biāo)處理機(jī)判斷是否需要向源處理機(jī)發(fā)送響應(yīng)信息？如果是，執(zhí)行步驟a)，此時源處理機(jī)和目標(biāo)處理機(jī)位置互換，如果否，執(zhí)行下一步；h)通信結(jié)束。
以下用通信示例來說明多處理機(jī)的通信方法。系統(tǒng)中有4個處理機(jī)，通信設(shè)置寄存器中用3位表示通信目標(biāo)代碼，用4位描述通信信息。每個處理機(jī)訪問的通信目標(biāo)代碼和通信源寄存器的每一位對應(yīng)關(guān)系如下

如圖4b所示，當(dāng)?shù)谝惶幚頇C(jī)向第三處理機(jī)發(fā)送通信信息(0001)時，通信裝置完成通信過程包括以下步驟步驟100，第一處理機(jī)向其通信設(shè)置寄存器中寫入(0001010)，其中后三位010中的“1”代表向該位對應(yīng)處理機(jī)發(fā)送通信信息0001，即第一處理機(jī)向第三處理機(jī)發(fā)送通信請求0001；步驟110，交叉單元根據(jù)通信設(shè)置寄存器中的目標(biāo)信息內(nèi)容(010)，把通信信息(0001)寫到第三處理機(jī)的第一消息寄存器中，并向第三處理機(jī)發(fā)送中斷信號，同時把連接第三處理機(jī)的第三通信端口中的通信源寄存器的對應(yīng)位置1，即100(對照上表)；步驟120，第三處理機(jī)接收第一處理單元發(fā)出的中斷信號，進(jìn)入中斷處理服務(wù)，在連接第三處理機(jī)的通信端口內(nèi)的中斷控制單元中進(jìn)行中斷信號處理，讀取其通信源寄存器的值100，可以判斷第一處理機(jī)發(fā)過來的通信請求；步驟130，第三處理機(jī)讀取通信端口中的第一消息寄存器的信息，判斷通信內(nèi)容；步驟140，第三處理機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理；步驟150，第三處理機(jī)在通信端口內(nèi)的通信響應(yīng)寄存器上寫000，清除從第一處理機(jī)發(fā)過來的中斷。
步驟160，第三處理機(jī)對通信信息處理完成后，如果需要給第一處理機(jī)發(fā)送通信反饋信息，就可以按照以上方法向第一處理機(jī)發(fā)送信息。
在上述通信過程中，如果第三處理機(jī)先后接收到第一處理機(jī)和第二處理機(jī)發(fā)來的中斷信號時，由上述中斷控制單元功能的描述可知，連接第三處理機(jī)的通信端口內(nèi)的中斷控制單元在處理完第一處理機(jī)發(fā)來的中斷信號后，中斷控制單元在一定延時后，再次給出第二處理機(jī)的中斷信號，然后對其進(jìn)行處理。中斷信號的處理與步驟130相同，只是讀取通信源寄存器的值不同。
在多處理機(jī)(大于3)互聯(lián)的情況下，上述通信過程步驟和中斷處理過程同樣適用，只是通信設(shè)置寄存器、通信響應(yīng)寄存器、通信源寄存器的長度隨著處理機(jī)的個數(shù)發(fā)生變化，每位的值隨著通信對象的不同根據(jù)每個寄存器的規(guī)定發(fā)生變化。
權(quán)利要求
1.一種多處理機(jī)通信裝置，其特征在于包括通信端口和交叉交換單元，處理機(jī)的外部存儲器接口與所述通信端口相連，所述通信端口間通過所述交叉交換單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信端口包括中斷控制單元和通信端口寄存器組。
3.如權(quán)利要求1所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述交叉交換單元完全互聯(lián)，每個通信相互獨立，所述交叉交換單元使用統(tǒng)一的時鐘信號，與通信裝置連接的處理機(jī)的時鐘無關(guān)。
4.如權(quán)利要求2所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信端口寄存器組包括通信設(shè)置寄存器、通信響應(yīng)寄存器、通信源寄存器和消息寄存器組，其中所述通信設(shè)置寄存器用于向其他通信端口發(fā)送通信請求；所述通信響應(yīng)寄存器用于向其他通信端口發(fā)送通信響應(yīng)信號；所述通信源寄存器用于指示通信源；所述消息寄存器組用于存儲來自中斷信號源的通信信息。
5.如權(quán)利要求1和2所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信端口以中斷方式響應(yīng)通信，由中斷控制單元發(fā)出中斷信號；通過所述通信端口寄存器組，處理機(jī)的外部存儲器接口直接控制所述通信端口寄存器組的讀寫。
6.如權(quán)利要求2所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述中斷控制單元處理電平觸發(fā)中斷和沿觸發(fā)中斷，多端口向同一端口發(fā)送通信請求時，即多個處理機(jī)向同一處理機(jī)發(fā)送通信請求，所述中斷控制單元能多次發(fā)送中斷請求。
7.如權(quán)利要求4所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信設(shè)置寄存器由低位和高位兩部分組成，低位是通信目標(biāo)代碼，高位用于描述通信信息。
8.如權(quán)利要求4所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信響應(yīng)寄存器和所述通信源寄存器的每一位代表一個處理機(jī)。
9.如權(quán)利要求4所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述消息寄存器組中的每一個對應(yīng)一個處理機(jī)。
10.如權(quán)利要求7所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信信息帶有軟件自定義的通信編碼。
11.如權(quán)利要求1和3所述的多處理機(jī)通信裝置，其特征在于，所述通信端口由通信端口寄存器組組成，以查詢方式響應(yīng)通信，直接訪問所述通信源寄存器組查看通信請求。
12.一種多，應(yīng)用權(quán)利要求1所述的多處理機(jī)裝置進(jìn)行處理機(jī)通信方法，包括以下步驟a)源處理機(jī)通過通信裝置向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送通信請求，通信請求包括目標(biāo)信息和通信信息；b)通信裝置將通信信息寫入目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中保存，在目標(biāo)處理機(jī)對應(yīng)的通信端口中指明通信源，同時向目標(biāo)處理機(jī)發(fā)送中斷信號；c)目標(biāo)處理機(jī)接收到源處理機(jī)發(fā)出的中斷信號后，進(jìn)入中斷處理服務(wù)，判斷是源處理機(jī)發(fā)來的通信請求；d)目標(biāo)處理機(jī)讀取已保存的通信信息的內(nèi)容，對內(nèi)容進(jìn)行判斷；e)目標(biāo)處理機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理；f)目標(biāo)處理機(jī)清除源處理機(jī)發(fā)來的中斷；g)目標(biāo)處理機(jī)判斷是否需要向源處理機(jī)發(fā)送響應(yīng)信息？如果是，執(zhí)行步驟a)，此時源處理機(jī)和目標(biāo)處理機(jī)位置互換，如果否，執(zhí)行下一步；h)通信結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多處理機(jī)通信裝置及其通信方法，包括通信端口和交叉交換單元，處理機(jī)的外部存儲器接口與所述通信端口相連，所述通信端口間通過所述交叉交換單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述通信端口包括中斷控制單元和通信端口寄存器組；所述多處理機(jī)通信裝置和通信方法，實現(xiàn)了不同類型的處理機(jī)間全互聯(lián)、直接的實時通信，提高了通信裝置的通用性。該通信裝置中還具有中斷發(fā)生裝置，一旦有其它處理機(jī)向該處理機(jī)產(chǎn)生通信請求時，會產(chǎn)生一個中斷信號，該中斷信號能適合電平觸發(fā)和沿觸發(fā)的要求，在多個處理機(jī)向同一個處理機(jī)同時發(fā)送通信請求時，也不會丟失中斷信息；通信裝置中使用交叉交換單元實現(xiàn)各通信端口的信息交換，系統(tǒng)中任何處理機(jī)間可以獨立的進(jìn)行通信。
文檔編號G06F15/16GK1641619SQ20041000082
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月17日
發(fā)明者謝應(yīng)科, 付博, 姚萍 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所