CN104156663A - 一种硬件虚拟端口及处理器系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及计算机技术领域，公开了一种硬件虚拟端口和处理器。所述硬件虚拟端口连接处理器，所述硬件虚拟端口包括：队列分配单元，用于为处理器包括的硬件单元动态的分配队列；接收单元，用于接收应用程序发送的访问处理器中第一硬件单元的待处理数据；判断单元，用于判断第一硬件单元是否被分配有至少一个队列；缓存单元，用于判断结果为否时，将待处理数据缓存在硬件虚拟端口的内部队列；数据推送单元，用于判断结果为是时，将待处理数据推送至第一硬件单元的队列，以及用于当判断结果为否，将内部队列缓存的待处理数据分时推送至第一硬件单元。实施本发明实施例，提高虚拟化性能，实现处理器中队列资源的共享，减少冗余设计。

Description

一种硬件虚拟端口及处理器系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种硬件虚拟端口及处理器系统。

背景技术

硬件虚拟化是一种对计算机或操作系统的虚拟，虚拟化对用户隐藏了真实的计算机硬件，表现出另一个抽象计算平台。

为了实现高性能的支持嵌入式系统虚拟化，软件模拟硬件虚拟化性能已经难以满足需求，需要硬件支持虚拟化，除了CPU(中央处理器，CentralProcessing Unit)需要支持虚拟化以外，各种硬件加速器和I/O(Input/Output，输入/输出)也需要辅助支持虚拟化。然而现有硬件系统中，很多加速器和I/O本身不支持虚拟化，这就需要通过一些软件或硬件的虚拟化方案来辅助加速器和I/O实现虚拟化。

现有技术存在如下一些硬件虚拟化方案：

方案一、软件虚拟方案，利用软件辅助HAC(硬件加速器)或I/O虚拟化，具体包括利用软件实现多队列、队列调度模块、对上层应用抽象建模，来配合实现原有HAC和I/O的虚拟化。

该方案的缺点是延时大、吞吐率低，其性能无法满足高性能的支持嵌入式系统虚拟化的需求。

方案二、硬件虚拟方案，为每个硬件加速器或I/O分配一定数量的队列，都加上多队列隔离、队列模块等设计，来辅助实现虚拟化，其中分配给每个硬件加速器或I/O的队列个数是固定的。

当硬件加速器或I/O数量较多，该方案存在以下问题：(1)为了满足硬件加速器的处理能力，每个硬件加速器或I/O都需要配置多个队列，存在一定的冗余浪费，成本较高；(2)各个硬件加速器或I/O的队列个数不能灵活指定，队列资源不能灵活分配。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种硬件虚拟端口和处理器系统，用于辅助处理器包括的硬件单元进行虚拟化，并为硬件单元动态的分配队列。

本发明实施例提供一种硬件虚拟端口，所述硬件虚拟端口连接处理器，所述硬件虚拟端口包括：

队列分配单元，用于为所述处理器包括的硬件单元动态的分配队列；所述队列为所述处理器包括的队列；

接收单元，用于接收应用程序发送的访问所述处理器中第一硬件单元的待处理数据；所述第一硬件单元为所述处理器中的任意一个硬件单元；

判断单元，用于判断所述第一硬件单元是否被分配有至少一个队列；

缓存单元，用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述待处理数据缓存在所述硬件虚拟端口的内部队列；

数据推送单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，将所述待处理数据推送至所述第一硬件单元的队列，以及用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述硬件虚拟端口的内部队列缓存的所述待处理数据分时推送至所述第一硬件单元；

发送单元，用于将所述第一硬件单元对所述待处理数据进行处理后得到的数据向所述应用程序发送。

相应的，本发明实施例还提供一种处理器系统，所述处理器包括如前所述的硬件虚拟端口以及与所述硬件虚拟端口连接的处理器。

本发明实施例提供的硬件虚拟端口和处理器系统，能够为硬件单元动态的分配队列，并且通过为硬件单元分配的队列或者硬件虚拟端口的内部队列实现了处理器中硬件单元的虚拟化，相比现有技术中的软件虚拟方案，可以有较大的性能提升，相比现有技术中的硬件虚拟方案，能够进行队列的动态分配，实现队列资源的共享，减少队列冗余设计，提高队列资源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种硬件虚拟端口的结构第一示意图；

图2是本发明实施例提供的一种硬件虚拟端口的结构第二示意图；

图3是本发明实施例提供的一种硬件虚拟端口的结构第三示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例提供一种硬件虚拟端口(VPORT)100，该硬件虚拟端口100与处理器200连接，处理器200可以包括至少一个硬件单元，该硬件虚拟端口100可以包括：

队列分配单元101，用于为处理器200包括的硬件单元动态地分配队列；其中上述队列指的是处理器包括的队列；

接收单元102，用于接收应用程序发送的访问所述处理器中第一硬件单元的待处理数据；

所述第一硬件单元为所述处理器中的任意一个硬件单元；

判断单元103，用于判断所述第一硬件单元是否被分配有至少一个队列；

缓存单元104，用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述待处理数据缓存在所述硬件虚拟端口的内部队列；

数据推送单元105，用于当所述判断单元的判断结果为是时，将所述待处理数据推送至所述第一硬件单元的队列，以及用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述硬件虚拟端口的内部队列缓存的所述待处理数据分时(timesharing)推送至所述第一硬件单元；

发送单元106，用于将所述第一硬件单元对所述待处理数据进行处理后得到的数据向所述应用程序发送。

本实施例中提供的硬件虚拟端口可以为与其连接的处理器包括的各个硬件单元动态地分配队列，并且通过为硬件单元分配的队列或者硬件虚拟端口的内部队列实现了处理器中硬件单元的虚拟化，相比现有技术中的软件虚拟方案，可以有较大的性能提升，相比现有技术中的硬件虚拟方案，能够进行队列的动态分配，实现队列资源的共享，减少队列冗余设计，提高队列资源的利用率。

举例来说，本实施例中所说的处理器200包括的硬件单元可以是硬件加速器(HAC，Hardware Accelerator)或者I/O(输入/输出，Input/Output)。

需要说明的是，处理器200可以包括多个硬件加速器、多个I/O以及多个队列，处理器200中可以向硬件虚拟端口100开放全部或部分硬件加速器(或I/O)的控制权限，则队列分配单元102可以为取得控制权限的硬件加速器或I/O进行队列分配，以硬件加速器为例，为每个硬件加速器分配的队列可以是0个、1个或多个，具体的为哪个硬件加速器分配几个队列，可以根据QOS(服务质量，Quality of Service)进行调度，相关内容不是本发明描述的重点，在此不再赘述。

举例来说，发送单元106可以是硬件虚拟端口的输出队列。

在上述的实施方式中，对于拥有至少一个队列的硬件单元，应用程序发送的待处理数据(访问数据)可以直接推送到硬件单元的队列中，例如应用程序1和应用程序2同时访问第一硬件单元，则应用程序1和应用程序2的访问数据都被推送到第一硬件单元的队列中，第一硬件单元可以先后对应用程序1和2的访问数据进行处理，此时相当于第一硬件单元被虚拟成为两个虚拟硬件单元，以供应用程序1和2同时访问。

如果第一硬件单元并被分配有多个队列时，数据推送子单元可以将多个应用程序发送的待处理数据分别推送到相应的多个队列，实现多个应用程序对第一硬件单元的同时访问。

例如APP1和APP2同时访问第一硬件单元，可以将APP1需要处理的数据推送给第一硬件单元的队列Q1，将APP2需要处理的数据推送给第一硬件的队列Q2。

在上述的实施方式中，如果第一硬件单元没有被分配队列，则利用硬件虚拟端口的内部队列对第一硬件单元进行虚拟化，例如应用程序1和2同时访问第一硬件单元，则应用程序1和2的访问数据可被缓存在硬件虚拟端口内部队列中，再根据分时调度先后将应用程序1和2的访问数据发送给第一硬件单元进行处理，这样也相当于将第一硬件单元虚拟成为了两个虚拟硬件单元，以供应用程序1和2同时访问。

优选地，如图2所示，该硬件虚拟端口100还可包括：

前端页表隔离单元107，用于将分配给硬件单元的各个队列的访问地址分别对应到不同的物理地址，并将各个队列的物理地址通过页表映射给需要访问硬件单元的应用程序。

在虚拟化场景下，可能存在多个应用程序同时访问同一个硬件单元，如果该硬件单元被分配有多个队列，支持不同的应用程序同时访问，例如：队列Q0分配给应用程序APP(Application，应用程序)0访问，队列Q1被分配给APP1访问，但可能有些软件或数据上的错误(例如软件的程序漏洞)，导致APP0访问Q1或者APP1访问Q0的情况出现。前端页表隔离单元103可将各个队列进行页表隔离，这样就使得APP0不可能访问Q1，APP1不可能访问Q0，防止队列访问错误情况的出现。

通过上述的前端页表隔离，处理器200内部就不再需要进行多队列隔离的设计，节省设计制造成本。

进一步地，硬件虚拟端口100还可以包括：

物理中断/事件控制(P(I|E)C，Physical Interrupt/Event Controller)单元，作为硬件虚拟端口100和处理器200中物理加速器(或者I/O)中断/事件的接口，用于接收来自处理器200中物理加速器的中断/事件；

事件队列(EQ，Event Queue)单元，用于对上述中断/事件进行识别和调度，处理器200中的物理加速器(或者I/O)被虚拟成为一个或多个虚拟加速器(或者I/O)之后，其中断/事件由事件队列单元进行识别和调度管理；

虚拟中断控制(VIC，Virtual Interrupt Controller)单元，作为硬件虚拟端口100和上层应用程序的接口，用于将物理加速器的中断/事件通知到相应的应用程序。

处理器200中的硬件单元对应用程序的访问数据处理之后得到的数据可以通过中断/事件的方式发送给应用程序，例如硬件单元对访问数据处理完之后得到的数据存储在输出队列中，向应用程序发送中断以使应用程序读取输出队列中的数据，具体的是硬件单元将中断发送给物理中断/事件控制单元，经过事件队列单元的调度之后，由虚拟中断控制单元发送至应用程序。

优选地，为了对各个硬件做功能抽象，硬件虚拟端口100可以对二个或二个以上的硬件单元进行级联或组合，如图3所示，该硬件虚拟端口100还可包括：

级联单元108，用于将处理器200包括的至少二个硬件单元级联起来形成第一逻辑硬件单元；和/或，

组合单元109，用于将处理器200包括的至少二个硬件组合起来形成第二逻辑硬件单元。

举例来说，级联单元108可以包括：

第一接收子单元，用于接收应用程序向上述第一逻辑硬件单元发送的待处理数据；

举例来说，第一接收子单元可以是硬件虚拟端口的输入队列；

第一调度子单元，用于根据预先配置的级联路由表对上述待处理数据进行调度，使第一逻辑硬件单元包括的至少二个硬件单元依次对上述待处理数据进行处理；

第一发送子单元，用于将上述待处理数据经过上述第一逻辑硬件单元的至少二个硬件单元依次处理后得到的数据发送给应用程序；

举例来说，第一发送子单元可以是硬件虚拟端口的输出队列。

以硬件加速器为例，例如硬件加速器1和硬件加速器2被级联单元级联，对上层的应用程序来说，呈现出的即是一个逻辑硬件加速器，该逻辑硬件加速器可供上层应用程序进行访问，在接收到应用程序发送的待处理数据后，可由硬件加速器1和硬件加速器2依次对待处理数据进行处理，具体的即是待处理数据被硬件加速器1处理后输出的数据，由第一调度子单元调度给硬件加速器2进行再次处理。

硬件虚拟端口100中可以保存有级联路由表，该级联路由表可由用户通过软件配置，级联路由表规定了接收到的待处理数据在各个硬件单元中的处理顺序，例如是先由硬件加速器1处理，然后再由硬件加速器2处理，还是先由硬件加速器2处理，然后再由硬件加速器1处理。

一般来说，对于不同种类或功能的多个硬件单元来说，级联之后得到的硬件单元可以具备各个硬件单元的功能，得到了功能上的增强，同时也可以根据需要灵活配置级联之后得到的硬件单元的功能。

举例来说，组合单元109可以包括：

第二接收子单元，用于接收应用程序向上述第二逻辑硬件单元发送的待处理数据；

举例来说，第二接收子单元可以是硬件虚拟端口的输入队列；

第二调度子单元，用于将上述待处理数据调度给上述至少二个硬件单元中的其中一个硬件单元进行处理；

具体地，第二调度子单元可以根据QOS来进行调度；

第二发送子单元，用于将上述待处理数据经过上述至少二个硬件单元中的其中一个硬件单元进行处理后得到的数据发送给应用程序；

举例来说，第二发送子单元可以是硬件虚拟端口的输出队列。

具体地，如果第二逻辑硬件单元包括的硬件单元被分配有队列，则可将待处理数据推送至其队列，如果没有队列，则可将数据缓存在硬件虚拟端口的内部队列，再根据QOS调度到硬件单元进行处理。

假设硬件加速器3和硬件加速器4被组合成第二逻辑硬件加速器，对上层的应用来说，呈现的即是一个逻辑硬件加速器，可供上层应用程序进行访问，在接收到应用程序发送的待处理数据后，第二调度子单元可以根据QOS进行调度，将待处理数据发送至硬件加速器3或硬件加速器4进行处理。

一般来说，对于同种类型的硬件单元，通过组合之后得到的逻辑硬件单元，相比单个硬件单元增加了带宽和处理能力。

从上述内容可以看出本实施例提供的硬件虚拟端口可以实现硬件的级联或组合，相比软件进行级联的方案，可以提高响应速度等方面的性能，也并不需要引入新的switch(交换)硬件来实现，实现成本较低，配置灵活。

需要说明的，以上的描述多以硬件单元为硬件加速器为例进行说明，硬件单元为输入输出I/O的情形与之相同或相似，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种处理器系统，该处理器系统包括如前所述的硬件虚拟端口100以及与该硬件虚拟端口100连接的处理器，该硬件虚拟端口可以辅助实现处理器中各个硬件单元(硬件加速器或I/O)的虚拟化，并为各个硬件单元动态的分配队列，同时还可实现硬件单元的级联或者组合。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的硬件虚拟端口和处理器系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种硬件虚拟端口，其特征在于，所述硬件虚拟端口连接处理器，所述硬件虚拟端口包括：

队列分配单元，用于为所述处理器包括的硬件单元动态的分配队列；所述队列为所述处理器包括的队列；

接收单元，用于接收应用程序发送的访问所述处理器中第一硬件单元的待处理数据；所述第一硬件单元为所述处理器中的任意一个硬件单元；

判断单元，用于判断所述第一硬件单元是否被分配有至少一个队列；

缓存单元，用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述待处理数据缓存在所述硬件虚拟端口的内部队列；

数据推送单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，将所述待处理数据推送至所述第一硬件单元的队列，以及用于当所述判断单元的判断结果为否时，将所述硬件虚拟端口的内部队列缓存的所述待处理数据分时推送至所述第一硬件单元；

发送单元，用于将所述第一硬件单元对所述待处理数据进行处理后得到的数据向所述应用程序发送。

2.根据权利要求1所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述硬件虚拟端口还包括：

前端页表隔离单元，用于将分配给所述硬件单元的各个队列的访问地址分别对应到不同的物理地址，并将各个队列的物理地址通过页表映射给需要访问所述硬件单元的应用程序。

3.根据权利要求1所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述硬件虚拟端口还包括：

级联单元，用于将所述处理器包括的至少二个硬件单元级联起来形成第一逻辑硬件单元。

4.根据权利要求3所述硬件虚拟端口，其特征在于，所述级联单元包括：

第一接收子单元，用于接收应用程序向所述第一逻辑硬件单元发送的待处理数据；

第一调度子单元，用于根据预先配置的级联路由表对所述待处理数据进行调度，使第一逻辑硬件单元包括的至少二个硬件单元依次对所述待处理数据进行处理；

第一发送子单元，用于将所述待处理数据经过所述第一逻辑硬件单元的至少二个硬件单元依次处理后得到的数据发送给应用程序。

5.根据权利要求1所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述硬件虚拟端口还包括：

组合单元，用于将所述处理器包括的至少二个硬件单元组合起来形成第二逻辑硬件单元。

6.根据权利要求5所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述组合单元包括：

第二接收子单元，用于接收应用程序向所述第二逻辑硬件单元发送的待处理数据；

第二调度子单元，用于将所述待处理数据调度给所述至少二个硬件单元中的其中一个硬件单元进行处理；

第二发送子单元，用于将所述待处理数据经过所述至少二个硬件单元中的其中一个硬件单元进行处理后得到的数据发送给应用程序。

7.根据权利要求1-6任一项所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述处理器包括的硬件单元为硬件加速器HAC或输入/输出I/O。

8.根据权利要求1-6任一项所述的硬件虚拟端口，其特征在于，所述硬件虚拟端口还包括：

物理中断/事件控制单元，用于接收来自处理器中硬件单元的中断/事件；

事件队列单元，用于对上述中断/事件进行识别和调度；

虚拟中断控制单元，用于将物理加速器的中断/事件通知到相应的应用程序。

9.一种处理器系统，其特征在于，所述处理器系统包括如权利要求1-8任一项所述的硬件虚拟端口以及与所述硬件虚拟端口连接的处理器。