CN106886504B - 基于ahb总线的多核soc中实现原子操作系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统及方法，该系统包括第一CUP模块、第二CUP模块、总线模块、AOC本体模块等，第一CUP模块、第二CUP模块都与总线模块相连，第一CUP模块位于第二CUP模块左侧，总线模块通过AOC本体模块与原子存储模块相连，第一正常存储模块、第二正常存储模块都与总线模块相连，第一正常存储模块位于第二正常存储模块左侧，AOC本体模块、原子存储模块都位于第一正常存储模块左侧。本发明能够提高总线利用效率。

Description

基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统及方法

技术领域

本发明涉及一种操作系统及方法，特别是涉及一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统及方法。

背景技术

在基于AHB（AHB是Advanced High performance Bus的缩写，高级高性能总线）总线的SOC（System on Chip，片上系统）芯片中，要实现多个主设备对共享变量的原子操作，通常采用锁定（LOCK）传输，但是这种传输通常只允许一个主设备占用总线。这样一来，如果有两个主设备向两个不同的从设备同时发送操作，其中一个主设备操作共享变量，另一个主设备访问的是非共享变量，操作共享变量的主设备会锁定总线，导致另一个访问非共享变量的主设备发送的操作无法使用总线，必须要等操作共享变量的主设备完成所有的锁定传输后，才能使用总线，导致总线的使用效率降低。

一、假设第三CUP模块和第四CUP模块都对第十正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，则需要先读出变量K的初始值（假设为2），然后在CUP将加操作后的结果3，重新写回第十正常存储模块内部。这样一来，如果不使用原子操作，可能会导致最终结果出错（期望的结果为4，实际结果为3）。为解决这个问题第三CUP模块和第四CUP模块需要对该共享变量发送LOCK操作，假设总线先响应第三CUP模块的LOCK（锁定）操作，则总线会等第三CUP模块的操作完成后（即此时第三CUP模块加1操作已经完成，共享变量K的值此时为3），然后响应第四CUP模块的LOCK操作（第四CUP模块读取变量K的值为3，然后加1，将最终结果4写入第十正常存储模块）。

二、如果第三CUP模块对第十正常存储模块的某个共享变量进行加1计数操作，而第四CUP模块是对第十一正常存储模块的某个非共享变量进行加1计数操作，从原则上两个CUP的操作是互相不冲突的，可以同时进行。但是由于第三CUP模块对共享变量的LOCK操作会锁定总线，导致总线不会响应第四CUP模块的操作，这样第四CUP模块的操作就必须等第三CUP模块的操作完成，解锁总线后才能进行，降低总线使用效率。如果总线上挂接的主设备比较多，那影响更明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统及方法，其能够提高总线利用效率。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统，其特征在于，其包括其包括第一CUP模块、第二CUP模块、总线模块、AOC本体模块、原子存储模块、第一正常存储模块、第二正常存储模块，第一CUP模块、第二CUP模块都与总线模块相连，第一CUP模块位于第二CUP模块左侧，总线模块通过AOC本体模块与原子存储模块相连，第一正常存储模块、第二正常存储模块都与总线模块相连，第一正常存储模块位于第二正常存储模块左侧，AOC本体模块、原子存储模块都位于第一正常存储模块左侧。

本发明还提供一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法，其包括以下步骤：

一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，第一CUP模块、第二CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K同时进行加1计数操作，则需要先向AOC本体模块申请原子操作权限，如果此空间未被占用，则申请成功，然后开始对共享变量K进行加1计数操作，加1计数操作完成后，再向AOC本体模块发送释放原子操作空间的命令；如果此空间正在被占用，则申请失败，不能对共享变量进行加1计数操作，需要继续申请此空间，直到此空间被释放，申请成功，然后再进行加1计数操作；

步骤二，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，第四CUP模块同时对第二正常存储模块的另外一个共享变量M进行加1计数操作；

步骤三，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，而第二CUP模块同时对第二正常存储模块的某个非共享变量N进行加1计数操作，K和N是自然数。

优选地，所述步骤一包括以下步骤：

步骤十一，第一CUP模块、第二CUP模块都需要对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，则需要先向AOC本体模块的第一地址A发送申请对第二地址B的操作权限，当AOC本体模块检测到CUP对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，然后判断读回数据的值，如果是0，则表示此时没有CUP对第二地址B进行操作，然后将0返回给CUP；同时，会向原子存储模块的第一地址A发送一个写操作，对该地址写入1，表示已经有CUP在对第二地址B进行操作了，如果从原子存储模块的第一地址A返回的读数据为1，则表示此时已经有CUP在对第二地址B进行操作，直接将1返回第一CUP模块或第二CUP模块；

步骤十二，当第一CUP模块或第二CUP模块收到AOC本体模块返回的结果后，会进行判断，如果结果为0，表示此时第一CUP模块或第二CUP模块享有对第二地址B的操作权，则会对第二地址B进行各种操作，由于AOC本体模块已经保证了不会同时给多个第一CUP模块或第二CUP模块返回0，所以得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块对第二地址B的任何操作都不需要锁定总线模块；如果收到的返回结果为1，则不会对第二地址B进行任何操作，而是会继续向第一地址A发送读操作，去申请对第二地址B的操作权限；

步骤十三，当得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块完成了对第二地址B的一系列操作后，会向第一地址A发送一个写0操作，以释放对第二地址B的操作权限；AOC本体模块检测到对第一地址A的写0操作后，会向原子存储模块发送一个写操作，将数据0写入第一地址A，表示第二地址B的操作权限已经被释放；

步骤十四，上次未申请到对第二地址B操作权限的第一CUP模块或第二CUP模块继续发送读操作，AOC本体模块检测到对第一地址A的读操作后，会向第一地址A发送一个读操作，由于此空间已经被释放，读到的数据为0，将0返回给发起申请权限的第一CUP模块或第二CUP模块，该第一CUP模块或第二CUP模块获得对第二地址B的操作权，便开始进行对第二地址B的一系列操作。

优选地，所述步骤二包括以下步骤：

步骤二十一，第一CUP模块对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，第二CUP模块对第二正常存储模块空间的第四地址BB进行操作；则第一CUP模块向AOC本体模块的第一地址A发送读操作，申请对第二地址B的操作权限，第二CUP模块向AOC本体模块的AA发送读操作，申请第四地址BB的操作权限；假设在这之前第二地址B与第四地址BB的操作权限都已经被释放；当AOC本体模块检测到第一CUP模块对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，读到的数据为0，将0返回给第一CUP模块，表示第一CUP模块取得对第二地址B的操作权；同时，会向第一地址A发送一个写操作，对该地址写入1；由于第一地址A与第三地址AA是两个不同的地址，AOC本体模块对第一地址A的写1操作不会影响到第三地址AA的值；因此，第二CUP模块对第三地址AA的读操作返回的数据也为0，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权；

步骤二十二，第一CUP模块取得对第二地址B的操作权后，便开始对第二地址B进行一系列操作；同时，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权后，也开始对第四地址BB进行一系列操作，而不需要等到第一CUP模块完成对第二地址B的操作；同理，第一CUP模块的对第二地址B的一系列操作，也不需要等第二CUP模块对第四地址BB的一系列操作完成；

步骤二十三，第一CUP模块完成对第二地址B的操作后，对第一地址A进行写0操作，释放对第二地址B的操作权；同理，第二CUP模块完成对第四地址BB的操作后，对第三地址AA进行写0操作，释放对第四地址BB的操作权；

所述步骤三由于变量N是非共享的，因此，第二CUP模块不需要从AOC本体模块处申请对变量N的操作权，直接操作即可；而第一CUP模块对共享变量K的操作不会锁定总线模块，因此，不会影响第二CUP模块对N的操作，可以并行完成，提高总线利用效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在AOC本体模块与总线模块接口处，读写操作是串行进入AOC本体模块内部的，即如果上一个读写操作未完成，AOC本体模块不会响应下一个操作的读写命令；本发明的应用不限于只是对共享变量的原子操作；本发明中并不限定返回0代表获取总线权限成功，也不限定返回1代表获取总线失败，也可以是返回1代表获取总线成功，返回0代表获取总线失败等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作系统包括第一CUP（Central Processing Unit，中央处理单元）模块、第二CUP模块、总线模块、AOC（AtomicOperation Controller，原子操作控制器）本体模块、原子存储（Atomic_Mcmory）模块、第一正常存储（Normal_Memory）模块、第二正常存储模块，第一CUP模块、第二CUP模块都与总线模块相连，第一CUP模块位于第二CUP模块左侧，总线模块通过AOC本体模块与原子存储模块相连，第一正常存储模块、第二正常存储模块都与总线模块相连，第一正常存储模块位于第二正常存储模块左侧，AOC本体模块、原子存储模块都位于第一正常存储模块左侧。

本发明基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法包括以下步骤：

步骤一，第一CUP模块、第二CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K同时进行加1计数操作，则需要先向AOC本体模块申请原子操作权限，如果此空间未被占用，则申请成功，然后开始对共享变量K进行加1计数操作，加1计数操作完成后，再向AOC本体模块发送释放原子操作空间的命令；如果此空间正在被占用，则申请失败，不能对共享变量进行加1计数操作，需要继续申请此空间，直到此空间被释放，申请成功，然后再进行加1计数操作；

步骤二，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，第四CUP模块同时对第二正常存储模块的另外一个共享变量M进行加1计数操作；

步骤三，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1（加1计数是指对共享变量K进行加1的操作）计数操作，而第二CUP模块同时对第二正常存储模块的某个非共享变量N进行加1计数操作，K和N是自然数。

所述步骤一包括以下步骤：

步骤十一，第一CUP模块、第二CUP模块都需要对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，则需要先向AOC本体模块的第一地址A发送申请对第二地址B的操作权限（一个普通的读操作），当AOC本体模块检测到CUP对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，然后判断读回数据的值，如果是0，则表示此时没有CUP对第二地址B进行操作，然后将0返回给CUP；同时，会向原子存储模块的第一地址A发送一个写操作，对该地址写入1，表示已经有CUP在对第二地址B进行操作了，如果从原子存储模块的第一地址A返回的读数据为1，则表示此时已经有CUP在对第二地址B进行操作，直接将1返回第一CUP模块或第二CUP模块；

步骤十二，当第一CUP模块或第二CUP模块收到AOC本体模块返回的结果后，会进行判断，如果结果为0，表示此时第一CUP模块或第二CUP模块享有对第二地址B的操作权，则会对第二地址B进行各种操作，由于AOC本体模块已经保证了不会同时给多个第一CUP模块或第二CUP模块返回0（即不会同时授予多个第一CUP模块或第二CUP模块对第二地址B的操作权限），所以得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块对第二地址B的任何操作都不需要锁定总线模块；如果收到的返回结果为1，则不会对第二地址B进行任何操作，而是会继续向第一地址A发送读操作，去申请对第二地址B的操作权限；

步骤十三，当得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块完成了对第二地址B的一系列操作后，会向第一地址A发送一个写0操作，以释放对第二地址B的操作权限；AOC本体模块检测到对第一地址A的写0操作后，会向原子存储模块发送一个写操作，将数据0写入第一地址A，表示第二地址B的操作权限已经被释放；

步骤十四，上次未申请到对第二地址B操作权限的第一CUP模块或第二CUP模块继续发送读操作，AOC本体模块检测到对第一地址A的读操作后，会向第一地址A发送一个读操作，由于此空间已经被释放，读到的数据为0，将0返回给发起申请权限的第一CUP模块或第二CUP模块，该第一CUP模块或第二CUP模块获得对第二地址B的操作权，便开始进行对第二地址B的一系列操作。

所述步骤二包括以下步骤：

步骤二十一，第一CUP模块对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，第二CUP模块对第二正常存储模块空间的第四地址BB进行操作；则第一CUP模块向AOC本体模块的第一地址A发送读操作，申请对第二地址B的操作权限，第二CUP模块向AOC本体模块的AA发送读操作，申请第四地址BB的操作权限；假设在这之前第二地址B与第四地址BB的操作权限都已经被释放（即第一地址A与第三地址AA的值都为0）；当AOC本体模块检测到第一CUP模块对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，读到的数据为0，将0返回给第一CUP模块，表示第一CUP模块取得对第二地址B的操作权；同时，会向第一地址A发送一个写操作，对该地址写入1；由于第一地址A与第三地址AA是两个不同的地址，AOC本体模块对第一地址A的写1操作不会影响到第三地址AA的值；因此，第二CUP模块对第三地址AA的读操作返回的数据也为0，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权；

步骤二十二，第一CUP模块取得对第二地址B的操作权后，便开始对第二地址B进行一系列操作；同时，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权后，也开始对第四地址BB进行一系列操作，而不需要等到第一CUP模块完成对第二地址B的操作；同理，第一CUP模块的对第二地址B的一系列操作，也不需要等第二CUP模块对第四地址BB的一系列操作完成；

步骤二十三，第一CUP模块完成对第二地址B的操作后，对第一地址A进行写0操作，释放对第二地址B的操作权；同理，第二CUP模块完成对第四地址BB的操作后，对第三地址AA进行写0操作，释放对第四地址BB的操作权。

所述步骤三由于变量N是非共享的，因此，第二CUP模块不需要从AOC本体模块处申请对变量N的操作权，直接操作即可；而第一CUP模块对共享变量K的操作不会锁定总线模块，因此，不会影响第二CUP模块对N的操作，可以并行完成，提高总线利用效率。

通常一个SOC系统中，除了一个CUP模块和一个Memory（存储）模块外，还会存在其他的一个Master模块（主模块）与一个Slave模块（从模块）；如果采用一个LOCK操作实现共享变量的原子操作，则在原子操作期间，其他Master访问其他Slave的所有操作将都不被总线响应，极大降低了总线利用效率；而本方案实现原子操作不会采用任何LOCK操作，在原子操作期间，不会影响其他Master访问其他Slave的操作，提高了总线利用效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法，其特征在于，其系统包括：第一CUP模块、第二CUP模块、总线模块、AOC本体模块、原子存储模块、第一正常存储模块、第二正常存储模块，第一CUP模块、第二CUP模块都与总线模块相连，第一CUP模块位于第二CUP模块左侧，总线模块通过AOC本体模块与原子存储模块相连，第一正常存储模块、第二正常存储模块都与总线模块相连，第一正常存储模块位于第二正常存储模块左侧，AOC本体模块、原子存储模块都位于第一正常存储模块左侧；此方法包括以下步骤：

步骤一，第一CUP模块、第二CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K同时进行加1计数操作，则需要先向AOC本体模块申请原子操作权限，如果此空间未被占用，则申请成功，然后开始对共享变量K进行加1计数操作，加1计数操作完成后，再向AOC本体模块发送释放原子操作空间的命令；如果此空间正在被占用，则申请失败，不能对共享变量进行加1计数操作，需要继续申请此空间，直到此空间被释放，申请成功，然后再进行加1计数操作；

步骤二，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，第四CUP模块同时对第二正常存储模块的另外一个共享变量M进行加1计数操作；

步骤三，第一CUP模块对第一正常存储模块的某个共享变量K进行加1计数操作，而第二CUP模块同时对第二正常存储模块的某个非共享变量N进行加1计数操作，K和N是自然数。

2.如权利要求1所述的一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

步骤十一，第一CUP模块、第二CUP模块都需要对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，则需要先向AOC本体模块的第一地址A发送申请对第二地址B的操作权限，当AOC本体模块检测到CUP对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，然后判断读回数据的值，如果是0，则表示此时没有CUP对第二地址B进行操作，然后将0返回给CUP；同时，会向原子存储模块的第一地址A发送一个写操作，对地址A写入1，表示已经有CUP在对第二地址B进行操作了，如果从原子存储模块的第一地址A返回的读数据为1，则表示此时已经有CUP在对第二地址B进行操作，直接将1返回第一CUP模块或第二CUP模块；

步骤十二，当第一CUP模块或第二CUP模块收到AOC本体模块返回的结果后，会进行判断，如果结果为0，表示此时第一CUP模块或第二CUP模块享有对第二地址B的操作权，则会对第二地址B进行各种操作，由于AOC本体模块已经保证了不会同时给多个第一CUP模块或第二CUP模块返回0，所以得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块对第二地址B的任何操作都不需要锁定总线模块；如果收到的返回结果为1，则不会对第二地址B进行任何操作，而是会继续向第一地址A发送读操作，去申请对第二地址B的操作权限；

步骤十三，当得到权限的第一CUP模块或第二CUP模块完成了对第二地址B的一系列操作后，会向第一地址A发送一个写0操作，以释放对第二地址B的操作权限；AOC本体模块检测到对第一地址A的写0操作后，会向原子存储模块发送一个写操作，将数据0写入第一地址A，表示第二地址B的操作权限已经被释放；

步骤十四，上次未申请到对第二地址B操作权限的第一CUP模块或第二CUP模块继续发送读操作，AOC本体模块检测到对第一地址A的读操作后，会向第一地址A发送一个读操作，由于此空间已经被释放，读到的数据为0，将0返回给发起申请权限的第一CUP模块或第二CUP模块，该第一CUP模块或第二CUP模块获得对第二地址B的操作权，便开始进行对第二地址B的一系列操作。

3.如权利要求1所述的一种基于AHB总线的多核SOC中实现原子操作方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：

步骤二十一，第一CUP模块对第一正常存储模块空间的第二地址B进行操作，第二CUP模块对第二正常存储模块空间的第四地址BB进行操作；则第一CUP模块向AOC本体模块的第一地址A发送读操作，申请对第二地址B的操作权限，第二CUP模块向AOC本体模块的AA发送读操作，申请第四地址BB的操作权限；假设在这之前第二地址B与第四地址BB的操作权限都已经被释放；当AOC本体模块检测到第一CUP模块对第一地址A的读操作后，会向原子存储模块的第一地址A发送一个读操作，读到的数据为0，将0返回给第一CUP模块，表示第一CUP模块取得对第二地址B的操作权；同时，会向第一地址A发送一个写操作，对地址A写入1；由于第一地址A与第三地址AA是两个不同的地址，AOC本体模块对第一地址A的写1操作不会影响到第三地址AA的值；因此，第二CUP模块对第三地址AA的读操作返回的数据也为0，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权；

步骤二十二，第一CUP模块取得对第二地址B的操作权后，便开始对第二地址B进行一系列操作；同时，第二CUP模块取得对第四地址BB的操作权后，也开始对第四地址BB进行一系列操作，而不需要等到第一CUP模块完成对第二地址B的操作；同理，第一CUP模块的对第二地址B的一系列操作，也不需要等第二CUP模块对第四地址BB的一系列操作完成；

步骤二十三，第一CUP模块完成对第二地址B的操作后，对第一地址A进行写0操作，释放对第二地址B的操作权；同理，第二CUP模块完成对第四地址BB的操作后，对第三地址AA进行写0操作，释放对第四地址BB的操作权；

所述步骤三由于变量N是非共享的，因此，第二CUP模块不需要从AOC本体模块处申请对变量N的操作权，直接操作即可；而第一CUP模块对共享变量K的操作不会锁定总线模块。

Images