[发明专利]基于CPU总线互联的底层通信协议实现方法

说明书

(一)技术领域

本发明一种基于CPU总线互联的底层通信协议实现方法，具体涉及一种集群板内系统 CPU通过总线互联通信的方法，属于计算机系统通信技术研究领域，尤其是涉及一种以共享 buffer方案实现系统间通信的技术。

(二)背景技术

集群系统由于具有投资小，研制周期短，性能价格比高，可扩展性高，使用方便等特点， 再加上可移植异构编程环境PVM和标准的消息传递平台MPI等并行编程环境的日益普及， 目前已经成为高性能计算领域重要的发展方向。然而集群系统的通信网络的性能往往成为整 个集群式系统性能的瓶颈，目前主要存在的问题是通信带宽低、延时大、通信网络的可扩展 性差等缺点，为了改善集群系统的通信性能，解决集群网络可扩展性的问题，现在基本有两 个走势，一是为集群系统设计专用网络，以此来改善集群系统的通信，二是对于单机在板内 采用大规模处理器系统，通过总线技术实现芯片级、主板级、系统级的通信。

设计专用通信网络

Myrinet、QsNet、InfiniBand是为解决集群系统通信问题设计的专用通信网络，其中 InfiniBand网络是一种全新的、功能强大、被设计用来支持基础设施互连的体系结构，被工 业界的顶级公司所支持，是唯一既提供机箱内底板互连解决方案，又可以实现机箱间的高带 宽互连，把I/O和SAN统一起来的标准。

使用总线技术实现芯片级、主板级、系统级的通信

未来随着工艺的提升多核芯片的规模也将随之扩大，互联结构直接决定整体系统的规模 及可扩展性，需要既能满足当前结构规模的需要，同时又要为未来的扩展设计提供便利。

HyperTransport总线在此背景下应运而生，它不仅可以解决高速CPU与外设间的互联的问题， 同时也为CPU间的互联提供了解决方案。

通信协议

TCP/IP：TCP/IP通讯协议是人们最为熟知的应用于互联网通信的协议，采用了四层(应 用层，传输层，互连网络层，网络接口层)的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的 功能来完成自己的需求，存在的不足是：由于协议实现过于复杂，通信效率很低。

RDP：RDP协议是Reliable Data Protocol的简写，称为可靠数据协议。RDP协议是面向连 接的传输层协议，可以提供可靠的数据传输，其原理和TCP协议相似，都是采用序号和重传 机制来保证数据正确到达目的节点。RDP协议和TCP协议的最大不同是：TCP是面向字节流 的，而RDP协议是面向消息的，即面向数据包流的，存在的不足是应用范围较窄。

VMMC：VMMC是一种基于虚拟内存映射的通信机制，它支持消息数据在通信进程的 虚拟地址空间之间进行有保护的直接传送，可以提供有序、可靠和高效的消息传递并满足多 种类型应用程序的通信需求，缺点是需要专门的硬件来支持。

Active Message：Active Message是美国California大学Berkeley分校的Eicken等人在 1992年提出的一种异步通信机制，它采用了与传统的通信机制完全不同的设计思路，更直 接地使用通信硬件提供的功能，存在的不足是在死锁处理和同步上较差。

Fast Sockets：Fast Sockets是由美国California大学Berkeley分校的Culler教授等于1996 年开发的一种面向局域网的通信软件，它采用新的高效通信协议在用户空间实现了网络通信 协议(TCP/IP)，使得通信过程中软件开销最小，同时又能保持Fast Sockets与现有应用程序以 及广域网通信协议的兼容性，存在的不足是需要专用的平台接口才能实现。

综上所诉，集群通信正在朝着两个方向走，一是为集群系统设计专用的网络，二是在板 内使用大规模处理器，通过高速总线互联的技术实现芯片间、甚至是系统间的通信任务。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CPU总线互联的底层通信协议实现方法，为板内CPU 通过总线互联的系统提供共享buffer的通信方式，优势在于采用共享buffer方式的通信 效率远远高于采用以太网或者是IB网络实现的主机间的通信。

本系统的特点在于CPU通过总线进行互联的系统彼此间可以进行直接内存访问。