一種非對稱多元資源節點體系結構的製作方法
2023-06-02 21:57:26 2
專利名稱：一種非對稱多元資源節點體系結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及片上系統體系結構，具體是一種採用非對稱片內單向串行只寫總線互
聯的非對稱多元資源節點體系結構。
背景技術：
隨著半導體工藝技術發展進入納米階段，在單一晶片中集成上億電晶體已經成為現實，據2007國際半導體技術路線圖(ITRS)預測，到2013年，單個晶片上的電晶體數目將達到44億個。這些技術的發展驅使IC設計者必須將越來越複雜的功能集成到單矽片上，當今業界正在蘊釀著億億次計算能力的高性能計算機。為了克服由於無限制提升處理器時鐘頻率帶來的包括功耗在內的一系列問題，高性能計算機普遍採用了網絡互連多處理器節點，同時採用多核架構作為處理器節點解決方案。現有的處理器節點普遍採用對稱多處理器(SMP)結構，例如IBM公司的千萬億次計算機系統在一個處理器節點上容納了 8個處理器(CPU)，但是當進一步增加處理器節點的處理器(CPU)數目時，遇到了前所未有的困難，即由於總線隨著處理器(CPU)數目的增加而急劇膨脹，帶來總線結構擴展性差的問題、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題，於是人們開始研究探索新的總線結構。
發明內容
本發明為了解決隨著片上處理器節點的處理器數目越來越多帶來的總線結構擴展性差、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題，提供了一種採用非對稱片內單向串行只寫總線(Oneiay Chip Serial Bus)互聯的非對稱多元資源節點體系結構。 本發明是採用如下技術方案實現的一種非對稱多元資源節點體系結構，包括一個主資源節點、一條由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線、至少兩個從資源節點、至少一條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線、以及一個總線仲裁切換及數據轉發單元模塊；主資源節點由主資源節點模塊(Master Resource Node)和與主資源節點模塊相連的主資源網絡接口模塊(Master Resource Network Interface)組成，從資源節點由從資源節點模塊(Slave Resource Node)和與從資源節點模塊相連的從資源網絡接口模塊(Slave Resource Network Interface)組成；其中，主資源網絡接口模塊的輸出端與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸入端均與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸出端均通過各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線以及總線仲裁切換及數據轉發單元模塊與主資源網絡接口模塊的輸入端相連；所述片內單向串行只寫總線、總線仲裁切換及數據轉發單元模塊均為本領域技術人員通過現有工藝容易實現的結構；所述主資源節點模塊、主資源網絡接口模塊、從資源節點模塊、從資源網絡接口模塊均為本領域技術人員容易實現的結構，可以有多種結構變形。
工作時，主資源節點模塊通過主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線向各個從資源節點模塊發送信息；各個從資源節點模塊通過由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線向主資源節點模塊發送信息；具體工作過程如下各個從資源節點模塊所發送的信息通過由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線進入總線仲裁及數據轉發單元模塊，然後由總線仲裁及數據轉發單元模塊通過片內單向串行只寫總線轉發至主資源節點模塊；在此過程中，總線仲裁及數據轉發單元模塊採用時分復用訪問(TDMA)機制和輪詢服務策略判決和切換各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線在各個從資源節點模塊之間的分配，並完成數據轉發。與採用對稱多處理器結構的現有處理器節點相比，本發明採用片內單向串行只寫總線互聯多個相同或不同種類的資源節點而形成非對稱多元資源節點體系結構，採用此種結構能夠極大地提高單矽片的有效資源佔用率，由此徹底解決了隨著片上處理器節點的處理器數目越來越多帶來的總線結構擴展性差、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題。 本發明通過採用片內單向串行只寫總線互聯多個資源節點而形成非對稱多元資源節點體系結構，極大地提高了單矽片的有效資源佔用率，並有效解決了隨著片上處理器節點的處理器數目越來越多帶來的總線結構擴展性差、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題，適用於嵌入式高性能計算機設計領域。
圖1是本發明的一種結構示意圖。
圖2是本發明的另一種結構示意圖。 圖3是本發明的主資源網絡接口或從資源網絡接口模塊的結構示意圖。
圖中K(K為正整數，且K^2)為從資源節點的數目；P(P為正整數，且1《P《K)為由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目；OCSB為片內單向串行只寫總線；MR為主資源節點模塊;MRNI為主資源網絡接口模塊；SR1， SR2， SR3， SR4， SR5，
SR6， ......， SRK均為從資源節點模土央；SRNIl， SRNI2， SRNI3， SRNI4， SRNI5， SRNI6，......，
SRNIK均為從資源網絡接口模塊。
具體實施方式
實施例一 —種非對稱多元資源節點體系結構，包括一個主資源節點、一條由主資源節點獨
佔的片內單向串行只寫總線、至少兩個從資源節點、至少一條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線、以及一個總線仲裁切換及數據轉發單元模塊；主資源節點由主資
源節點模塊和與主資源節點模塊相連的主資源網絡接口模塊組成，從資源節點由從資源節
點模塊和與從資源節點模塊相連的從資源網絡接口模塊組成；其中，主資源網絡接口模塊
的輸出端與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸入端均與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸出端均通過各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線以及總線仲裁切換
及數據轉發單元模塊與主資源網絡接口模塊的輸入端相連； 所述主資源節點模塊包括主處理器模塊，主處理器模塊通過主資源網絡接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連；所述從資源節點模塊包括邏輯功能模塊或物理設備模塊，邏輯功能模塊或物理設備模塊通過從資源網絡接口模塊與由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線相連； 如圖3所示，所述主資源網絡接口模塊包括MPI加速器模塊、協議轉換模塊、總線接口模塊、寄存器組模塊、發送模塊、接收模塊、數據幀收發緩衝區、以及設備接口 ；其中，發送模塊、接收模塊分別通過數據幀收發緩衝區與總線接口模塊相連，寄存器組模塊分別與總線接口模塊、發送模塊、接收模塊相連，發送模塊、接收模塊分別通過MPI加速器模塊、協議轉換模塊與設備接口相連；設備接口與主資源節點模塊相連，總線接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連；所述從資源網絡接口模塊的結構與主資源網絡接口模塊的結構一致；工作時，發送模塊的功能包括一、當接收到發送請求後，向總線仲裁切換及數據轉發單元模塊發出信道徵用請求；二、接收到信道徵用請求應答信號後，啟動數據幀發送過程；三、發送過程中根據數據幀中幀長欄位的值，控制數據幀的發送。接收模塊的功能包括一、根據數據幀收發緩衝區空閒空間的大小對接收到的數據有效信號做出響應；二、接收並緩存數據幀；三、接收數據幀的過程中記錄該幀的幀長度及源地址。總線接口模塊的功能是對從資源節點模塊發出的異步靜態隨機訪問存儲器(ASRAM)時序進行響應；寄存器組模塊的功能則包括數據幀的發送控制、廣播幀的接收許可、數據幀發送及接收完成標誌、接收數據幀的長度及源地址顯示等。 在本實施例中，如圖l所示，從資源節點的數目大於由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目，即P < K ;工作時，由於從資源節點的數目大於由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目，即P〈K， K個從資源節點對P條片內單向串行只寫總線的共享和獨佔數目隨P值的不同而變化，總線仲裁切換及數據轉發單元模塊的功能是確保各個從資源節點的等待時間最少，並保證各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的吞吐率最大。 具體實施時，主資源節點模塊的主處理器模塊採用RISC通用處理器(GPP)或數位訊號處理器(DSP)或應用程式專用集成處理器(ASIP)，從資源節點模塊的邏輯功能模塊或物理設備模塊採用通用/專用協處理器或FPGA/ASIC或存儲器陣列(如SDRAM、 NOR/NAND-Flash、 SD/匪C/CF卡和硬碟等)或DMA或匪U或硬體/固件化的應用模塊或軟體組件或通用/專用算法邏輯功能單元或片上外設或異構I/O接口 (如串口 、乙太網接口和USB接口)等。
實施例二 —種非對稱多元資源節點體系結構，包括一個主資源節點、一條由主資源節點獨
佔的片內單向串行只寫總線、至少兩個從資源節點、至少一條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線、以及一個總線仲裁切換及數據轉發單元模塊；主資源節點由主資
源節點模塊和與主資源節點模塊相連的主資源網絡接口模塊組成，從資源節點由從資源節點模塊和與從資源節點模塊相連的從資源網絡接口模塊組成；其中，主資源網絡接口模塊的輸出端與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸入端均與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸出端均通過各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線以及總線仲裁切換及數據轉發單元模塊與主資源網絡接口模塊的輸入端相連；
所述主資源節點模塊包括主處理器模塊，主處理器模塊通過主資源網絡接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連；所述從資源節點模塊包括邏輯功能模塊或物理設備模塊，邏輯功能模塊或物理設備模塊通過從資源網絡接口模塊與由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線相連； 如圖3所示，所述主資源網絡接口模塊包括MPI加速器模塊、協議轉換模塊、總線接口模塊、寄存器組模塊、發送模塊、接收模塊、數據幀收發緩衝區、以及設備接口 ；其中，發送模塊、接收模塊分別通過數據幀收發緩衝區與總線接口模塊相連，寄存器組模塊分別與總線接口模塊、發送模塊、接收模塊相連，發送模塊、接收模塊分別通過MPI加速器模塊、協議轉換模塊與設備接口相連；設備接口與主資源節點模塊相連，總線接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連；所述從資源網絡接口模塊的結構與主資源網絡接口模塊的結構一致；工作時，發送模塊的功能包括一、當接收到發送請求後，向總線仲裁切換及數據轉發單元模塊發出信道徵用請求；二、接收到信道徵用請求應答信號後，啟動數據幀發送過程；三、發送過程中根據數據幀中幀長欄位的值，控制數據幀的發送。接收模塊的功能包括一、根據數據幀收發緩衝區空閒空間的大小對接收到的數據有效信號做出響應；二、接收並緩存數據幀；三、接收數據幀的過程中記錄該幀的幀長度及源地址。總線接口模塊的功能是對從資源節點模塊發出的異步靜態隨機訪問存儲器(ASRAM)時序進行響應；寄存器組模塊的功能則包括數據幀的發送控制、廣播幀的接收許可、數據幀發送及接收完成標誌、接收數據幀的長度及源地址顯示等。 在本實施例中，如圖2所示，從資源節點的數目等於由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目，即P = K ;工作時，由於從資源節點的數目等於由從資源節
點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目，即P = K，每個從資源節點均獨佔一條片內單向串行只寫總線，總線仲裁切換及數據轉發單元模塊只起數據轉發的作用。 具體實施時，主資源節點模塊的主處理器模塊採用RISC通用處理器(GPP)或數位訊號處理器(DSP)或應用程式專用集成處理器(ASIP)，從資源節點模塊的邏輯功能模塊或物理設備模塊採用通用/專用協處理器或FPGA/ASIC或存儲器陣列(如SDRAM、 NOR/NAND-Flash、 SD/匪C/CF卡和硬碟等)或DMA或匪U或硬體/固件化的應用模塊或軟體組件或存儲器或通用/專用算法邏輯功能單元或片上外設或異構1/0接口 (如串口、乙太網接口和USB接口 )等。
權利要求
一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於包括一個主資源節點、一條由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線、至少兩個從資源節點、至少一條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線、以及一個總線仲裁切換及數據轉發單元模塊；主資源節點由主資源節點模塊和與主資源節點模塊相連的主資源網絡接口模塊組成，從資源節點由從資源節點模塊和與從資源節點模塊相連的從資源網絡接口模塊組成；其中，主資源網絡接口模塊的輸出端與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸入端均與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線相連，各個從資源網絡接口模塊的輸出端均通過各條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線以及總線仲裁切換及數據轉發單元模塊與主資源網絡接口模塊的輸入端相連。
2. 根據權利要求1所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於所述主資 源節點模塊包括主處理器模塊，主處理器模塊通過主資源網絡接口模塊與由主資源節點獨 佔的片內單向串行只寫總線相連。
3. 根據權利要求1或2所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於所述 從資源節點模塊包括邏輯功能模塊或物理設備模塊，邏輯功能模塊或物理設備模塊通過從 資源網絡接口模塊與由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線相連。
4. 根據權利要求1或2所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於所述 主資源網絡接口模塊包括MPI加速器模塊、協議轉換模塊、總線接口模塊、寄存器組模塊、 發送模塊、接收模塊、數據幀收發緩衝區、以及設備接口 ；其中，發送模塊、接收模塊分別通 過數據幀收發緩衝區與總線接口模塊相連，寄存器組模塊分別與總線接口模塊、發送模塊、 接收模塊相連，發送模塊、接收模塊分別通過MPI加速器模塊、協議轉換模塊與設備接口相 連；設備接口與主資源節點模塊相連，總線接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行 只寫總線相連；所述從資源網絡接口模塊的結構與主資源網絡接口模塊的結構一致。
5. 根據權利要求3所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於所述主資 源網絡接口模塊包括MPI加速器模塊、協議轉換模塊、總線接口模塊、寄存器組模塊、發送 模塊、接收模塊、數據幀收發緩衝區、以及設備接口 ；其中，發送模塊、接收模塊分別通過數 據幀收發緩衝區與總線接口模塊相連，寄存器組模塊分別與總線接口模塊、發送模塊、接收 模塊相連，發送模塊、接收模塊分別通過MPI加速器模塊、協議轉換模塊與設備接口相連； 設備接口與主資源節點模塊相連，總線接口模塊與由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫 總線相連；所述從資源網絡接口模塊的結構與主資源網絡接口模塊的結構一致。
6. 根據權利要求1或2所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於從資 源節點的數目大於由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目。
7. 根據權利要求1或2所述的一種非對稱多元資源節點體系結構，其特徵在於從資 源節點的數目等於由從資源節點所共享或獨佔的片內單向串行只寫總線的數目。
全文摘要
本發明涉及片上系統體系結構，具體是一種採用非對稱片內單向串行只寫總線互聯的非對稱多元資源節點體系結構。解決了隨著片上處理器節點的處理器數目越來越多帶來的總線結構擴展性差、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題。一種非對稱多元資源節點體系結構包括一個主資源節點、一條由主資源節點獨佔的片內單向串行只寫總線、至少兩個從資源節點、至少一條由從資源節點共享或獨佔的片內單向串行只寫總線、以及一個總線仲裁切換及數據轉發單元模塊。本發明解決了隨著片上處理器節點的處理器數目越來越多帶來的總線結構擴展性差、以及處理器節點間高速互聯、並行訪問等片上通信的瓶頸問題。
文檔編號G06F13/40GK101710311SQ200910265900
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者張中傑, 張剛, 裴科 申請人:太原理工大學