CN105224496B - 一种动态可重构系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态可重构系统，系统包括：至少一个计算子系统、PCIe交换模块、磁盘阵列控制模块、PCIe资源池、扩展模块与存储资源池，PCIe交换模块与每个所述计算子系统均连接，将所述PCIe资源池中的PCIe设备与所述存储资源池中的物理磁盘共享给所述计算子系统，使存储与PCIe资源从底层硬件层面资源池化，使计算子系统可根据需要转化为存储或PCIe子系统，在同一架构中实现计算型、存储型和PCIe应用型多种资源之间的可重构，架构具有很高的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机体系架构领域，特别是涉及一种动态可重构系统。
背景技术
随着目前网络及大数据的发展，出现了多种多样的应用，各种应用适应的计算机架构具有局限性。
多种应用并存需要计算机系统具备灵活的适应性、弹性和可扩展性，而传统的计算体系架构设计相对保守，往往只能支持一种或少数的应用，如果需要适应应用，就要对系统架构进行变更，变动成本增大，不利于快速对市场中的应用进行迅速满足。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种动态可重构系统，可以在同一架构中实现多种资源间的可重构。
为实现上述目的，本发明提供了一种动态可重构系统，包括：
至少一个计算子系统以及一个PCIe交换模块、PCIe资源池、磁盘阵列控制模块、扩展模块与存储资源池；
所述PCIe交换模块通过PCIe链路与每个所述计算子系统均连接，用于将所述PCIe资源池中的PCIe设备与所述存储资源池中的物理磁盘共享给所述计算子系统；
所述PCIe资源池与所述PCIe交换模块相连接，用于集成多个PCIe设备；
所述磁盘阵列控制模块通过PCIe链路与所述PCIe交换模块相连接，用于将PCIe信号转换为SAS信号，控制磁盘数据的读写以及管理磁盘阵列；
所述磁盘阵列控制模块通过所引出的所述SAS信号连接到所述扩展模块，所述扩展模块用于扩展连接到物理磁盘的SAS信号数量；
所述扩展模块通过扩展得到的多个SAS信号连接到所述存储资源池，所述存储资源池用于集成进行数据存储的物理磁盘。
优选地，所述动态可重构系统还包括：
连接于所述PCIe交换模块与所述PCIe资源池之间的PCIe开关，用于根据所述PCIe资源池中的PCIe设备性能需求扩展PCIe信号带宽。
优选地，所述动态可重构系统包括四个所述计算子系统。
优选地，每个所述计算子系统包括：
计算单元、SAS控制器、集中控制单元、管理单元以及扩展单元；
所述计算单元用于进行信息处理计算；
所述SAS控制器与所述计算单元相连接，用于控制所述计算单元与所述物理磁盘间的数据读写；
所述集中控制单元与所述计算单元相连接，用于接收所述计算单元发送的指令，根据所述指令将系统中的输入输出通讯设备进行集中管理。
所述管理单元与所述集中控制单元相连接，用于控制系统的温度与电压值；
所述扩展单元与所述计算单元相连接，用于连接外部资源扩展网络应用。
优选地，所述SAS控制器与所述计算单元通过PCIe链路相连接，所述扩展单元与所述计算单元通过PCIe链路相连接。
优选地，所述集中控制单元与所述计算单元通过DMI总线相连接。
优选地，所述计算子系统还包括：
SAS背板，所述SAS背板与所述SAS控制器以及所述计算单元均连接，用于连接物理磁盘。
优选地，所述SAS控制器通过SAS信号连接到所述SAS背板。
应用本发明提供的一种动态可重构系统，系统包括：至少一个计算子系统、PCIe交换模块、磁盘阵列控制模块、PCIe资源池、扩展模块与存储资源池，PCIe交换模块与每个所述计算子系统均连接，将所述PCIe资源池中的PCIe设备与所述存储资源池中的物理磁盘共享给所述计算子系统，使存储与PCIe资源从底层硬件层面资源池化，使计算子系统可根据需要转化为存储或PCIe子系统，在同一架构中实现计算型、存储型和PCIe应用型多种资源之间的可重构，架构具有很高的转换效率。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种动态可重构系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明一种动态可重构系统实施例二的结构示意图；
图3为本发明一种动态可重构系统实施例二的详细结构示意图；
图4为本发明一种动态可重构系统实施例二的重构模式图；
图5为本发明一种动态可重构系统实施例二的又一重构模式图；
图6为本发明一种动态可重构系统实施例二的又一重构模式图；
图7为本发明一种动态可重构系统实施例二的又一重构模式图。
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。
实施例一：
本发明提供了一种动态可重构系统，图一示出了本发明动态可重构系统实施例一的结构示意图，包括：
至少一个计算子系统101，以及一个PCIe交换模块102、PCIe资源池103、磁盘阵列控制模块104、扩展模块105与存储资源池106；
所述PCIe交换模块102通过PCIe链路与每个所述计算子系统101均连接，用于将所述PCIe资源池103中的PCIe设备与所述存储资源池106中的物理磁盘共享给所述计算子系统；
PCIe(Peripheral Component Interface Express)为外设组件接口，PCIe交换模块102在整个系统中实现基于PCIe信号通讯设备的数据交换和数据访问，PCIe交换模块最为整个系统中的重要核心部分，通过此模块可以将系统中的PCIe资源和存储资源实现基于硬件的完全池化，将PCIe和存储设备共享给系统中的所有计算单元进行使用。
所述PCIe资源池103与所述PCIe交换模块102相连接，用于集成多个PCIe设备；
PCIe资源池103中含有PCIe槽位用来支持标准的PCIe设备。
所述磁盘阵列控制模块104通过PCIe链路与所述PCIe交换模块102相连接，用于将PCIe信号转换为SAS信号，控制磁盘数据的读写以及管理磁盘阵列；
磁盘阵列控制模块104实现对系统中磁盘数据读写的具体控制，以及磁盘阵列的组件、删除和管理，SAS(Serial connection SCSI)为串行连接SCSI适配器，SCSI(SmallComputer System Interface)为小型计算机系统接口。
所述磁盘阵列控制模块104通过所引出的所述SAS信号连接到所述扩展模块105，所述扩展模块105用于扩展连接到物理磁盘的SAS信号数量；
扩展模块105用来直接扩展系统连接的物理磁盘的数量。
所述扩展模块105通过扩展得到的多个SAS信号连接到所述存储资源池106，所述存储资源池106用于集成进行数据存储的物理磁盘。
存储资源池106还有多个物理磁盘进行数据存储，可以完全提供给所有计算机子系统101使用。
应用本发明提供的一种动态可重构系统，系统包括：至少一个计算子系统，以及一个PCIe交换模块、磁盘阵列控制模块、PCIe资源池、扩展模块与存储资源池，PCIe交换模块与每个所述计算子系统均连接，将所述PCIe资源池中的PCIe设备与所述存储资源池中的物理磁盘共享给所述计算子系统，使存储与PCIe资源从底层硬件层面资源池化，使计算子系统可根据需要转化为存储或PCIe子系统，在同一架构中实现计算型、存储型和PCIe应用型多种资源之间的可重构，架构具有很高的转换效率。
实施例二：
图2示出了本发明动态可重构系统实施例二的结构示意图，图中Host Node代表系统中的计算子系统，每个计算子系统由1条PCIe 3.0x8的链路与PCIe交换模块相连接，PCIe交换模块采用PLX PEX 97XX系列的交换芯片，97XX系列交换模块共支持97个PCIe链路，其中PCIe交换模块通过1条PCIe3.0x8的链路与MegaRAID磁盘阵列控制模块连接，MegaRAID模块用来实现存储资源池中磁盘数据的读写控制。MegaRAID引出2组SAS信号连接Expander扩展扩展模块，通过此扩展模块转换出24个SAS信号连接到储存资源池，池中含有24个物理磁盘进行数据的存储，可以完全提供给所有计算子系统来使用。从PCIe交换模块引出7组PCIe3.0x8的链路连接到PCIe资源池，池中含有7个物理的PCIe槽位用来支持标准的PCIe设备，可以完全提供给所有计算子系统来使用，PCIe交换模块与PCIe资源池之间连接的的PCIe开关，用于根据PCIe资源池中的PCIe设备性能需求扩展PCIe信号带宽，如将带宽两路x8转换为一路带宽x16。
图3示出了本实施例中计算子系统的详细结构示意图，具体包括：计算单元、SAS控制器、集中控制单元、管理单元以及扩展单元，其中，
(1)计算单元：计算子系统由2个通用的X86或ARM计算单元构成，计算单元间通过1条KTI(Keizer Technology Interconnect)互联接口链路连接，作为单个计算系统间计算单元之间的信息互通，同时每个计算单元中还引出1条KTI的链路用来作为不同计算子系同间计算单元的信息互通。上部的计算单元引出1条PCIe 3.0x8的链路与SAS控制器连接，用来实现SAS控制器与计算单元间数据的读写控制；引出2条PCIe 3.0x16的链路分别连接到系统背板及扩展单元1，用来实现基于PCIe信号的资源扩展；引出1条PCIe3.0x8的链路连接到网络单元，实现网络单元与计算单元间数据的传输。下部的计算单元引出2条PCIe3.0x16的链路和1条PCIe3.0x8的链路分别连接到扩展单元2/3及系统背板，用来实现基于PCIe信号的资源扩展；引出1条PCIe3.0x8的链路到SAS背板，进行对MVME硬盘的支持，提升数据的访存性能。
(2)SAS控制器：SAS控制器用来支持通用的存储硬盘，增强整个系统的数据存储能力，SAS控制器前端通过SAS信号连接SAS背板用来安装物理的存储硬盘，后端通过PCIe3.0x8的信号连接计算单元，由SAS控制单运来控制物理磁盘数据的读取。
(3)集中控制单元：集中管理单元通过DMI直接媒体接口总线与计算单元连接，接收由信息计算单元发送的指令，对子系统中的I/O通讯设备进行集中的管理。
(4)管理单元：通过PCIe 2.0x1的链路与处理控制单元连接，板上管理单元采用Aspeed公司的ASP2400系列芯片组，用来负责控制模块上所有器件温度、电压的监控，板上管理单元通过传输单元分别引出两条1Gbit/s的SGMII信号连接系统中的网络处理系统。
(5)扩展单元：扩展单元对内都是通过PCIe 3.0x16的链路与计算单元进行连接，对外可以根据实际的需求在存储和PCIe资源间进行转换，实现计算、存储和PCIe资源间的动态可重构。
本实施例中的系统包含四个计算子系统，每个计算子系统包含两个计算单元，也即信息处理单元，系统基于计算、存储和PCIe三者间的可重构，可分为四种模式：(1)四个双路独立计算型；(2)两个双路独立计算+两个应用扩展型；(3)一个四路互联计算+两个应用扩展型；(4)八路全计算互联型，其中：
(1)四个双路独立计算型，如图4所示，整个计算机架构可分成4个独立的计算型系统，每个系统中含有2个信息处理单元，系统间的信息处理单元间通过1条KTI链路连接；
(2)两个双路独立计算+两个应用扩展型，如图5所示，整个计算机架构由2个计算型和2个应用扩展型子系统组成，相对四个双路独立计算型中的4个计算型子系统，其中的2个可以动态重构成2个应用扩展子系统，应用扩展子系统可以根据实际的需求转换成存储或PCIe资源；
(3)一个四路互联计算+两个应用扩展型，如图6所示，整个计算机架构由1个四路计算型和2个应用扩展子系统组成，相对两个双路独立计算+两个应用扩展型，可通过动态重构将2个双路独立计算子系统，转换成1个具备4个信息处理单元的整体计算型子系统，原双路子系统间的信息处理单元均通过KTI链路与另一个双路子系统间的信息处理单元连接，组成统一的4信息处理器单元的系统，同时应用扩展子系统可以根据实际的需求转换成存储或PCIe资源；
(4)八路全计算互联型，如图7所示，整个计算机架构由1个整体的八路全计算互联型系统组成，整个系统全部由信息处理单元组成，系统共有8个信息处理单元，处理单元间按照图中的互联拓扑通过KTI链路进行连接。
本实施例的动态可重构系统，通过计算子系统间的KTI总线互联拓扑，在同一系统架构中实现多路子系统间的动态转换，可组建双路、四路和八路系统，实现架构中系统计算资源的可重构，基于PCIe的全互连交换架构，创新PCIe交换加存储控制器的联合架构，不但实现基于硬件的全PCIe资源共享，而且实现物理存储资源的共享，真正做到存储及PCIe资源从底层硬件层面的资源池化，使架构具备高效的虚拟化转换效率，系统架构基于弹性架构设计，具备强大并灵活的扩展性，传统的计算子系统可以根据需要基于PCIe扩展技术更换成存储或PCIe子系统，在同一架构中实现计算型、存储型和PCIe应用型多种资源间的可重构。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的方法、系统和移动终端进行了详细介绍，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 (8)
1.一种动态可重构系统，其特征在于，包括：
至少一个计算子系统，以及一个PCIe交换模块、PCIe资源池、磁盘阵列控制模块、扩展模块与存储资源池；
所述PCIe交换模块通过PCIe链路与每个所述计算子系统均连接，用于将所述PCIe资源池中的PCIe设备与所述存储资源池中的物理磁盘共享给所述计算子系统；
所述PCIe资源池与所述PCIe交换模块相连接，用于集成多个PCIe设备；
所述磁盘阵列控制模块通过PCIe链路与所述PCIe交换模块相连接，用于将PCIe信号转换为SAS信号，控制磁盘数据的读写以及管理磁盘阵列；
所述磁盘阵列控制模块通过所引出的所述SAS信号连接到所述扩展模块，所述扩展模块用于扩展连接到物理磁盘的SAS信号数量；
所述扩展模块通过扩展得到的多个SAS信号连接到所述存储资源池，所述存储资源池用于集成进行数据存储的物理磁盘。
2.根据权利要求1所述的动态可重构系统，其特征在于，还包括：
连接于所述PCIe交换模块与所述PCIe资源池之间的PCIe开关，用于根据所述PCIe资源池中的PCIe设备性能需求扩展PCIe信号带宽。
3.根据权利要求1所述的动态可重构系统，其特征在于，包括四个所述计算子系统。
4.根据权利要求3所述的动态可重构系统，其特征在于，每个所述计算子系统包括：
计算单元、SAS控制器、集中控制单元、管理单元以及扩展单元；
所述计算单元用于进行信息处理计算；
所述SAS控制器与所述计算单元相连接，用于控制所述计算单元与所述物理磁盘间的数据读写；
所述集中控制单元与所述计算单元相连接，用于接收所述计算单元发送的指令，根据所述指令将系统中的输入输出通讯设备进行集中管理；
所述管理单元与所述集中控制单元相连接，用于控制系统的温度与电压值；
所述扩展单元与所述计算单元相连接，用于连接外部资源扩展网络应用。
5.根据权利要求4所述的动态可重构系统，其特征在于，所述SAS控制器与所述计算单元通过PCIe链路相连接，所述扩展单元与所述计算单元通过PCIe链路相连接。
6.根据权利要求4所述的动态可重构系统，其特征在于，所述集中控制单元与所述计算单元通过DMI总线相连接。
7.根据权利要求4所述的动态可重构系统，其特征在于，所述计算子系统还包括：
SAS背板，所述SAS背板与所述SAS控制器以及所述计算单元均连接，用于连接物理磁盘。
8.根据权利要求7所述的动态可重构系统，其特征在于，所述SAS控制器通过SAS信号连接到所述SAS背板。
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