[发明专利]用于多核处理器的同步操作的方法

说明书

提出了一种用于多个多核处理器(MC1，MC2)的同步操作的方法，其中，第一多核处理器(MC1)和第二多核处理器(MC2)每个包括主处理器内核(A1，A2)和用于执行实用程序的至少一个二级处理器内核(B1，B2，B3，B4)。仅各个多核处理器(MC1，MC2)中的主处理器(A1，A2)彼此同步。由每个多核处理器(MC1，MC2)中的相应的主处理器内核(A1，A2)控制至少一个二级处理器内核(B1，B2，B3，B4)。由至少一个二级处理器内核(B1，B2，B3，B4)处理实用程序，并生成对相同的多核处理器(MC1，MC2)的相应的主处理器内核(A1，A2)可用的输出。由相应的主处理器内核(A1，A2)同步输出来自多个多核处理器(MC1，MC2)的输出。

技术领域

本发明涉及用于多个多核处理器的同步操作的方法。本发明还涉及多核处理器系统，其以这种方式设计，以执行多个多核处理器的同步操作的方法。

背景技术

对于安全相关的应用程序，通常使用这样的方法，其中具有硬件支持的多个处理器(多个CPU)同步运行它们的程序，使得它们生成的输出是准同时的(在μs内)。经由其进行输出的这些输出路径中的每一个也被称为下面的通道。这些输出可以在输出期间通过硬件装置相互比较，例如，通过表决模块(voter module)。在三个处理器的情况下，例如，每个处理器生成单独的输出(三个通道)，可以检测到一个输出的变化，然后可以排除该特定处理器或相应的通道。在两个处理器的情况下，例如，变化导致两个处理器都被排除并与外围装备隔离，因为不可能确定两个处理器中的哪一个生成正确的输出。

中断表示正在运行的程序的间断，例如，为了执行具有更高优先级的程序或任务。为此，在特定点中断正在运行的程序，并在中断已经被处理完后在该点处再次继续运行该程序。在彼此同步的处理器和/或硬件同步系统的情况下，并且因此例如，在时间上协调到小于1μs的精度，以这种方式施加中断，使得每个处理器处的中断在正在执行的程序的完全相同的机器指令处中断。此外，输入以这种方式分布在处理器上，使得各个处理器总是接收完全相同的输入数据。

为了使处理器的输出以这种方式在时间上接近，(由略微不同的石英引起的，并且可能还由用于机器代码的不同周期数引起的)通道或处理器的运行时间差异必须通过相对于较慢处理器的较快处理器的时间延迟来均衡。为了实现这一点，例如，可以配置整个程序代码，使得非常频繁地生成同步调用，从而触发每个硬件项目的同步。在其他实施例中，同步被触发为输入/输出指令的次要影响或者跟随在特定数量的存储器访问之后。由于在现代处理器中不再存在对处理器的内部总线的访问，因此软件通常通过频繁调用提供用于硬件的同步提示的短函数来辅助硬件同步单元。中断只能应用在同步时间点。因此，当在正在执行的程序中已经进行或进行同步调用(用于同步的特殊调用)时，在所有处理器上精确地处理常规时钟中断(例如，每20ms)和其他中断。

然而，问题在于该方法不适合于代替单核处理器的多核处理器操作，即对于具有多于一个处理器内核的处理器或具有超线程处理能力的处理器，其因此提供第二虚拟处理器内核。到目前为止，在同步操作中已经关闭这些附加的处理器内核，即在同步操作中不使用这些附加的处理器内核。

特定的困难是处理器内核完全彼此独立地起作用。在这种情况下，硬件的同步逻辑无法决定哪个处理器内核正在同步。因此，处理器的各个处理器内核的同步输出相互阻碍。例如，由于仍在工作的处理器内核继续同步，因此无法检测到不再运行任何程序或软件的非活动处理器内核或处理器内核。

因此，到目前为止，每通道仅一个处理器内核已在硬件同步系统中得到充分利用。因此，如果多个处理器内核或其他超线程内核是可用的，则不会使用该计算容量，而如果存在则将关闭该计算容量。到目前为止，硬件同步系统因此纯粹是每通道单处理器内核系统。不利地，这意味着仅使用多核处理器或具有超线程能力的处理器的全部容量的相应部分。因此，为了生成附加的并发计算能力，迄今为止必须并行地操作多个硬件同步系统，相应地表示更高的硬件开销。

因此，本发明的目的是开发一种在使用多核处理器时允许硬件同步操作的方法，由此附加处理器内核的计算能力不会保持未使用。