[发明专利]一种多CPU系统及CPU之间消息传递的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多CPU计算机系统领域，具体而言，涉及一种多CPU计算机系统中，系统的组成结构和各CPU间通信的方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，以及人们对计算机运算能力要求的不断提高，另外计算机硬件成本的下降，多CPU的计算机系统应运而生。多CPU计算机系统指一群独立的处理器，每个处理器具有自己的程序计数器、程序和指令。

现在有很多分类方法来划分，这里将多CPU计算机系统分为两种：一组具有共享内存通常称为多处理机系统，多处理机系统适用于并行系统，通常用于解决同一个问题。一组不具有共享内存的多CPU计算机系统称为多计算机系统。而多计算机系统趋向于解决多个问题，当然各个问题之间可能有各种联系。

在多处理机系统中，系统资源被系统中所有CPU共享，工作负载被分配到所有可用处理器之上；一台计算机同时由多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像只有一个CPU一样。系统将任务队列分布于多个CPU之上，从而大大地提高了整个系统的数据处理能力。所有的处理器都可以根据一定的策略访问内存、I/O和外部中断。

现有的多处理机系统中的多个CPU共享内存，根据不同的需求协同完成工作。各CPU间的通信通常也采用共享内存的方式。一个解决方法是，在每个CPU都能访问到的空间中建立两个队列，采用接收指针和发送指针这两个指针来对队列进行管理，接收指针指向当前正在读取的缓冲区地址，发送指针指向存放下一个待发送数据的缓冲区地址，每个队列由多个固定大小的缓冲区组成，每个缓冲区存放一个需要传输的数据包，队列存放某CPU发给另一个CPU的数据包，而接收数据包的CPU会来读取该数据包。图1是根据现有多处理器系统(共享内存)中各CPU通过共享内存进行通信的示意图。在这种系统中，多个CPU通过总线或其他方式联系起来。一个典型的总线有32条地址线，32条数据线，20到32条控制线。读写操作时，CPU把要访问的地址送到地址总线上，然后在相应的控制线上发送信号，指明它想做的动作，内存就把该字送到数据总线上，CPU就能读到数据了。

在共享内存的多处理机系统中，由于CPU的处理速度不相同，内存的一致性是一个一直在研究的内容。而且，共享内存的机制会引发许多安全问题，比如一个CPU可以通过对内存的恶意读写而影响其他的CPU。

多CPU系统中的另一类——多计算机系统中每个CPU都有自身的独享内存，并且它不能直接访问其他CPU的存储器。图2根据现有多计算机系统(独享内存)中各CPU通过慢速连接进行通信的示意图。这种系统的通信是在CPU与CPU之间，所以通信量要比CPU到内存之间的通信量少几个数量级。现有多计算机系统内各CPU之间的联系比较松散，一般依赖较为慢速的连接。连接方式有总线式、栅格和超立方等等。不论哪种连接方式，各CPU之间都缺乏快速紧密的联系，并且没有对各个CPU的状态进行监控。

发明内容

因此，本发明旨在克服现有技术的多CPU系统中存在的上述缺陷，提出一种多CPU系统及其实现方法。系统内的多个CPU各自拥有独享的内存，所以属于多计算机系统。该结构用以实现更强的稳定性、更好的安全性以及更快速的CPU间通信，适合应用于对实时性、安全性要求高的系统中。根据本发明，提供了一种多CPU系统及其实现方法，包括：

一种多CPU系统，由多个独立的CPU，一个交换单元和一个定时消息发送单元组成。

所述的多CPU系统，其特征在于，所述独立的CPU之间通过所述交换单元相互联系，各所述独立CPU之间交换信息，必须通过所述交换单元。

所述的多CPU系统，其特征在于，所述独立的CPU与所述交换单元之间的连接采用高速的直接连接方式；所述交换单元与所述独立的CPU之间通过此连接方式交换消息。

所述的多CPU系统，其特征在于，所述多个独立的CPU，所述交换单元和所述定时消息发送单元用硬件完成功能。

所述的多CPU系统，所述独立的CPU之间交换信息的方法为：

A1、所述独立的CPU以及定时消息发送单元把要发送的信息构造成设定格式的消息，然后把所述消息发送给所述消息交换单元；

A2、所述交换单元解析消息，得知所述消息的目的CPU；然后按照一定策略对消息进行过滤，过滤合格的消息存入相应的CPU待消息处理队列中；