[发明专利]在数据处理系统中建立地址转换的方法和装置

说明书

技术领域

本申请通常涉及一种改进的数据处理系统和方法。更具体地，本申请涉及用于使用可以在I/O设备或者端点中高速缓存的预转换的地址和队列数据结构来与I/O设备或者端点进行通信的装置和方法。

背景技术

在具有当前的外设组件互连(PCI)协议的某些系统上，当执行直接存储器访问(DMA)操作的时候，使用地址转换和保护表(ATPT)来执行地址转换和访问检查。尽管ATPT已经使用了几十年，它们对于较低端系统来说是新的，并且通过许多其他名称为人所知，诸如直接存储器访问(DMA)重映射资源或者输入/输出存储器管理单元(IOMMU)。ATPT存储条目，用于将在DMA事务中使用的PCI总线地址转换为用于访问实际存储器资源的实际存储器地址。在ATPT中的条目存储保护信息，该保护信息标识哪些设备可以访问存储器的相应部分、以及这样的设备可以在存储器的这些部分上执行的特殊操作。

最近，PCI-SIG(www.pcisig.com/home)已经处于对允许驻留在ATPT中的地址转换高速缓存在PCI系适配器中的机制进行标准化的过程中。这些机制公知为地址转换服务(ATS)。ATS允许PCI系适配器针对未转换的PCI总线地址请求转换，其中在支持ATS的系统上，这种请求的成功完成可将已转换的(即实际存储器地址)地址返回到PCI系适配器。然后，ATS允许PCI系适配器将在DMA操作中使用的PCI总线地址标记为已转换。然后支持ATS的系统将使用已转换的地址以旁路ATPT。ATS还提供一种机制，通过该机制主机侧(例如，硬件或者虚拟化媒介)可使先前所广告的地址转换无效。

图1是示出了用于使用ATPT和PCI express(PCIe)通信协议执行DMA操作的传统机制的示范性图示。描绘的例子还示出了上述PCIe地址转换服务(ATS)，其通过PCIe端点(诸如使用ATS执行地址转换操作的PCIe输入/输出(I/O)适配器)来调取。ATS功能在PCIe端点和主机系统的根联合体之中构建，如下所述。有关PCIe ATS的更多信息，请参考可从外设组件互连特别兴趣组(PCI-SIG)网站www.pcisig.com处获得的PCIe ATS规范。

如图1中所示，主机CPU和存储器110借助于系统总线115耦合到PCIe根联合体120，该PCIe根联合体120包含地址转换和保护表(ATPT)130。PCIe根联合体120接着经由PCIe链路135耦合到一个或者多个PCIe端点140(在PCIe规范中术语“端点”用于指支持PCIe的I/O适配器)。根联合体120指示I/O层次的根，其将CPU/存储器连接到PCIe端点140。根联合体120包括主机桥(host bridge)、零个或者多个根联合体集成的端点、零个或者多个根联合体事件采集器、以及一个或者多个根端口。每个根端口支持分离的I/O层次。I/O层次可以包括根联合体120、零个或者多个互联交换机和/或桥(其包括交换机或者PCI结构)、以及诸如端点140的一个或者多个端点。例如，PCIe交换机可以用以增加诸如附加到根联合体120的端点140的PCIe端点的数目。关于PCI和PCIe的更多信息，请参考可从PCI-SiG网站www.pcisig.com处获得的PCI和PCIe规范。

PCIe端点包括内部路由电路142、配置管理逻辑144、一个或者多个物理功能(PF)146以及零个或者多个虚拟功能(VF)148-152，其中每个VF关联于PF。ATS允许每个虚拟功能使用地址转换高速缓存(ATC)160-164，用于将已转换的PCI存储器地址高速缓存，并且当执行DMA操作的时候，该PCI存储器地址可由虚拟功能使用以旁路主机ATPT 130。

在操作中，PCIe端点140可以调取PCIe ATS事务以请求将给定PCI总线地址转换成为系统总线地址，并且指示后续事务(例如DMA操作)已经转换并且可旁路ATPT。根联合体120可以调取PCIe ATS事务以使得被提供给PCIe端点140的转换无效，从而转换不再由PCIe端点140的物理和/或虚拟功能所使用。