CN102750256A - 一种多处理器共享存储实现技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多处理器共享存储实现技术，包含片上存储器，用于提供多处理器共享存储；片上处理器模块；片上总线接口，连接所述片上存储器和片上处理器模块，用于片上处理器访问片上存储器，还可用于片上处理器更多功能的扩展；外部访问片上存储接口，与所述片上存储器连接，同时用于连接外部处理器，提供外部处理器访问片上存储器。以上所述包含各模块为本发明一种多处理器共享存储实现技术所包含的最小系统，其可根据实际应用特征适当扩展。该技术提供多处理器实现共享存储的方案，具有扩展简单、设计容易、可靠性高、成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及微电子领域、计算机科学领域。
背景技术
处理器是嵌入式（智能化）产品的核心。目前，市面上的处理器品种繁多，功能各异。在一个产品中，经常会用到很多个处理器来协同工作，形成多处理器应用系统。
对于多处理器应用系统中，多处理器之间必然要进行数据交换，系统才能协同并行工作。处理器间交换数据可以有两种方法，一种是利用标准总线结构实现板间数据传输，如VME、Compact PCI总线等，利用这种方法传输数据要求本板有总线控制器接口电路，系统复杂，成本高；另一种是利用共享存储体的方法，两个处理器都可以访问共享存储体，一个处理器将数据写入存储体，而由另一处理器将数据读出，这种方法可以实现处理器总线的隔离，使两个处理器间可以有效地交换数据，实现数据共享。
实现多处理器共享存储的方法有：
双口RAM法：双口RAM是一种双端口器件，允许两个处理器各访问一个端口，每一个处理器都可以将双口RAM看作自己的本地存储器。双口RAM的每个端口都有各自的数据、地址、控制总线，允许处理器对存储器的任何地址执行随机读写操作。当两个处理器同时对同一地址单元操作(如同时写、或一个写一个读)，双口RAM会自动产生BUSY信号表示冲突。一般此BUSY信号接至处理器的READY端，使其读或写时序延长，最终读出或写入。IDT公司的IDT7133是一种典型的双口RAM芯片。
先进先出的FIFO法：实现两个处理器间数据交换的另一种方法是FIFO结构。FIFO是一种先进先出的结构，较之双口RAM，它有如下特点:第一它无地址线，布线简单;第二它不能像双口RAM一样可以对任意地址单元操作，实现随机存取，只能是顺序存取。FIFO只能实现块操作，其读出数据的顺序和写入的顺序是一样的。FIFO有单向双向之分和同步异步之分。单向FIFO只能向一个方向传输数据，双向FIFO可以向两个方向传输数据。目前FIFO的内部结构是由双口RAM加驱动双口RAM 地址的计数器构成。同步FIFO是由专用时钟管脚信号来使计数器翻转，片选和读写是使能信号；异步FIFO是由读写信号使计数器翻转。IDT公司的IDT7205(CY7C460)是单向异步FIFO的典型芯片。
总线开关法:对于需要大量交换数据的应用场合，用双口RAM或FIFO方法就不太合适。双口RAM和FIFO一般容量较小，而且价格昂贵。IDT公司的IDT74FST163212是一种典型的总线开关芯片。
上述三种共享存储的方法各有优缺点，实现设计中根据实际应用需求选择不同的实现方案。
目前，在实际应用的实现方案中，多处理器共享存储中共享存储体的实现都是在多个处理器之外增加以上所述的各种支持共享存储功能的存储器芯片来实现的。这种实现方案直接增加了多处理器系统的成本，占用更多的板级资源，加大了系统设计的复杂性，增加硬件设计失效隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于为多处理器应用系统提供一种更简捷的设计实现方案，具体为专门为多处理器应用系统设计的一种协处理器，它通过把一个处理器的片上存储器资源整合作为共享存储器，达到接口简单，板级资源占用少，设计简易的目的。
本发明一种多处理器共享存储实现技术，其特征在于，包括位于同一个处理器芯片上的下述部分：
片上存储器，用于提供多处理器共享存储空间；
片上处理器模块；
片上总线接口，连接所述片上存储器和片上处理器模块，用于片上处理器访问片上存储器，还可用于片上处理器实现更多功能的扩展；
外部访问片上存储接口，与所述片上存储器连接，同时用于连接外部处理器，提供外部处理器访问片上存储器。
所述片上存储器，是使用一个处理器片上的存储单元。
所述片上存储器上作为共享存储的存储器空间，可以是片上存储器空间的全部或一部分。
所述片上总线接口可以是并行或串行接口方式，如AHB、SPI、I2C等。
外部处理器一般都通过EMI总线来访问共享存储器，因此所述外部访问片上存储接口可以采用一个从模式的EMI总线接口；但这种并行连接方式，接口相对复杂，为了简化连接，也可以设计成使用串行连接方式，如SPI、SDIO等接口。
本发明一种多处理器共享存储实现技术，通过把共享存储器整合到一个处理器芯片内部，使得硬件设计电路简单化，降低了系统成本。该应用方案具有实现简单、成本低、可靠性高等特点。
附图说明
图1是本发明所述的一种多处理器共享存储实现技术及应用案例。
图2是本发明所述的支持共享存储处理器芯片之最简模型。
具体实施方式
有关本发明的特征及技术内容，请参考以下的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
图1是一种多处理器共享存储实现及应用案例。左边矩形虚线框为按本发明一种多处理器共享存储实现技术实现的一种支持共享存储的处理器芯片（记CPU1），右边是与该芯片连接组成多处理器应用系统的另一处理器芯片（记CPU2）。
CPU1上把RAM存储器分成两块RAM1和RAM2，RAM2用于提供存储共享，RAM1在RAM2用作共享存储时作片上程序数据存储器之用；同时若RAM2在不作为共享存储时也可作为片上程序数据存储器使用。
CPU1上还包含其它各种外设，如UART、SPI、USB、磁卡控制器、IC卡控制器、电话FSK/DTMF模块、看门狗、定时器、PWM等，以及加解密算法模块，如RSH、AES、DES、SHA等。
CPU1上除了自带的Flash、ROM存储器，还带一个主EMI总线，用于存储器扩展。
在设计上，CPU2的复位信号受CPU1控制；同时，CPU2的启动分区放在CPU1的共享存储器RAM2，即CPU2系统上电时程序从RAM2启动。CPU2的启动代码（记Boot2）预先存储在CPU1的Flash中。
当系统上电时，CPU1先启动，CPU1控制着CPU2的复位信号，使得CPU2一直处于复位状态，无法马上启动。
CPU1启动后，先验签片上存储器中Boot2的内容的合法性，验签通过后，把Boot2代码加载到RAM2中，加载完后CPU1释放CPU2的复位信号。这时，CPU2开始从共享存储器RAM2加载代码启动。
当CPU2启动后，共享存储器中的代码Boot2即不再需要，因此，后续可以把该存储空间当作RAM来使用，亦可以利用共享存储RAM2做数据交换之用。
该方案是一种涉及安全相关的设计方案，一方面由CPU1来验签CPU2的启动代码Boot2，保证CPU2的启动代码是受控的、安全的、未被篡改的；另一方面，通过两个CPU的共享存储器，为两个CPU进行大数据量交互创造便利。大数据量交互主要表现在信息的加解密运算方面。
图1所展示的一种多处理器共享存储实现及应用方案，对于CPU1，为了减少CPU1封装PIN脚的数量，可以把主从EMI总线做开关选择进行切换。因为，在实际应用中，如果CPU1应用于多处理器应用系统，CPU1正常不需要再扩展外部存储；如果CPU1应用于单处理器应用系统，自然不会使用共享存储的从EMI总线。因此，主从EMI总线理论上只会用到一个，可进行整合，使用开关切换，减少芯片PIN数量。
图1所展示的应用系统，两处理器有一定的主从关系，CPU1先启动后再使CPU2启动，是本发明一种多处理器共享存储实现技术的一种实例。本发明一种多处理器共享存储实现技术，其关键表征的是利用一个处理器的片上存储资源实现共享存储，节省了外部存储器，简化了电路设计，提高产品可靠性。
如图2所示，是一种本发明所述的支持共享存储处理器芯片之最简模型，其仅包括位于同一个处理器芯片上的下述部分：
片上存储器，用于提供多处理器共享存储空间；
片上处理器模块；
片上总线接口，连接所述片上存储器和片上处理器模块，用于片上处理器访问片上存储器，还可用于片上处理器实现更多功能的扩展；
外部访问片上存储接口，与所述片上存储器连接，同时用于连接外部处理器，提供外部处理器访问片上存储器。
外部处理器通过外部访问片上存储接口与片上处理器模块共享使用片上存储器的存储空间，以实现共享存储，并可以节省了外部存储器，简化了电路设计，提高产品可靠性。
Claims (5)
1.一种多处理器共享存储实现技术，其特征在于，包括位于同一个处理器芯片上的下述部分：
片上存储器，用于提供多处理器共享存储空间；
片上处理器模块；
片上总线接口，连接所述片上存储器和片上处理器模块，用于片上处理器访问片上存储器，还可用于片上处理器实现更多功能的扩展；
外部访问片上存储接口，与所述片上存储器连接，同时用于连接外部处理器，提供外部处理器访问片上存储器。
2.根据权利要求1所述的多处理器共享存储实现技术，其特征在于：所述片上存储器，是使用一个处理器片上的存储单元。
3.根据权利要求2所述的多处理器共享存储实现技术，其特征在于：所述片上存储器上作为共享存储的存储器空间，可以是片上存储器空间的全部或一部分。
4.根据权利要求1所述的多处理器共享存储实现技术，其特征在于：所述片上总线接口可以是并行或串行接口方式。
5.根据权利要求1所述的多处理器共享存储实现技术，其特征在于：外部访问片上存储接口可以采用一个从模式的EMI总线接口或使用串行连接方式接口。
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