CN114428757B - 一种架构可重构的计算装置及其重构方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种架构可重构的计算装置及其重构方法，装置包括CPU节点、IO节点、PCIe交换节点和Ethernet交换节点；其中，PCIe交换节点用于CPU与PCIe设备互连，Ethernet交换节点用于配置管理。方法包括：申请CPU节点和IO节点；初始化PCIe设备；建立设备配置空间映射；CPU发现新设备并分配设备地址空间；建立设备地址空间映射；建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射：加载设备驱动程序。本发明通过互连系统设置CPU与PCIe设备之间的互连关系，对CPU的指令集与运行的操作系统透明，不需要开发额外的管理软件，支持所有能够连接PCIe设备的CPU和操作系统。
Description
技术领域
本发明属于分布式计算装置技术领域，特别是一种架构可重构的计算装置及其重构方法。
背景技术
随着云计算技术的发展和应用的普及，云计算中心成为了现代信息系统重要组成部分。在云计算中心中，如何实现资源的共享，提升资源利用率是一个重要的研究方向。
为了提升资源的利用率，云计算普遍采用虚拟化技术，将物理服务器虚拟成多个虚拟机供用户使用。传统的虚拟机只能分配所在物理服务器上IO资源，IO资源数量受到限制。针对此问题，专利《一种支持虚拟机共享IO设备的多机计算装置与IO设备共享方法》通过开发Linux内核模块实现多个物理服务器IO设备的共享，虚拟机可以利用多个服务器上IO资源。但该方法需要针对不同CPU和操作系统开发管理软件(如上述内核模块)，使用范围受限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种架构可重构的计算装置与架构重构方法，通过互连系统设置CPU与PCIe设备之间的互连关系，对CPU的指令集与运行的操作系统透明，不需要开发额外的管理软件，支持所有能够连接PCIe设备的CPU和操作系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种架构可重构的计算装置，所述装置包括CPU节点、IO节点、PCIe交换节点和Ethernet交换节点；其中，PCIe交换节点用于CPU与PCIe设备互连，Ethernet交换节点用于配置管理。
进一步地，所述CPU节点和IO节点可通过PCIe交换节点构成不同架构的计算机，CPU节点通过地址映射的方式访问IO节点上PCIe设备并响应IO节点上PCIe设备的中断。
进一步地，所述CPU节点包含CPU、PCIe交换器和管理器，并通过PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过管理器连接到Ethernet交换节点。
进一步地，所述CPU节点中的管理器为PCIe交换器的主设备，连接PCIe交换器与CPU的端口设置为非透明模式，连接PCIe交换器与PCIe节点的端口设置为非透明模式。
进一步地，所述IO节点包含PCIe设备、PCIe交换器和管理器，并通过PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过管理器连接到Ethernet交换节点。
进一步地，所述IO节点中的管理器为PCIe交换器的主设备，连接PCIe交换器与PCIe设备的端口设置为透明模式，连接PCIe交换器与PCIe节点的端口设置为非透明模式。
一种架构可重构的计算装置的重构方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：申请CPU节点和IO节点；
步骤2：初始化PCIe设备；
步骤3：建立设备配置空间映射；
步骤4：CPU发现新设备并分配设备地址空间；
步骤5：建立设备地址空间映射；
步骤6：建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射；
步骤7：加载设备驱动程序。
进一步地，步骤2所述初始化PCIe设备是通过IO节点上的管理器初始化PCIe设备；
步骤3所述建立设备配置空间映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤3.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤3.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤3.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
进一步地，步骤5所述建立设备地址空间映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤5.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤5.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤5.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
进一步地，步骤6所述建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤6.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤6.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤6.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过互连系统设置CPU与PCIe设备之间的互连关系，对CPU的指令集与运行的操作系统透明，不需要开发额外的管理软件，支持所有能够连接PCIe设备的CPU和操作系统。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明架构可重构的计算装置硬件组成图。
图2为本发明架构可重构的计算装置存储空间转换图。
图3为本发明架构重构方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明提供一种架构可重构的计算装置与架构重构方法，具体实施过程如下：
如图1所示，架构可重构的计算装置包含CPU节点、IO节点、PCIe交换节点和Ethernet交换节点，PCIe交换节点用于CPU与PCIe设备互连，Ethernet交换节点用于配置管理。CPU节点包含CPU、PCIe交换器和管理器，并通过PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过管理器连接到Ethernet交换节点；CPU节点中的管理器为PCIe交换器的主设备，连接PCIe交换器与CPU的端口设置为非透明桥，连接PCIe交换器与PCIe节点的端口设置为非透明桥。IO节点包含PCIe设备、PCIe交换器和管理器，并通过PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过管理器连接到Ethernet交换节点；IO节点中的管理器为PCIe交换器的主设备，连接PCIe交换器与PCIe设备的端口设置为透明桥，连接PCIe交换器与PCIe节点的端口设置为非透明桥。
PCIe交换节点，Ethernet交换节点，CPU节点上PCIe交换器、管理器以及IO节点上PCIe交换器、管理器构成互连系统。本发明主要通过互连系统设置CPU与PCIe设备之间的互连关系，可构成不同架构的计算机(如图1中的阴影部分所示)。如图2所示，CPU节点通过地址映射的方式访问IO节点上PCIe设备并响应IO节点上PCIe设备的中断，结合图3，架构重构方法包含如下步骤：
步骤1：申请CPU节点和IO节点。
步骤2：通过IO节点上的管理器初始化PCIe设备。
步骤3：通过CPU节点和IO节点上的管理器建立设备配置空间映射：
步骤3.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤3.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤3.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
步骤4：CPU发现新设备并分配设备地址空间。
步骤5：通过CPU节点和IO节点上的管理器建立设备地址空间映射：
步骤5.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤5.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤5.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
步骤6：通过CPU节点和IO节点上的管理器建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射：
步骤6.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤6.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤6.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
步骤7：加载设备驱动程序。
本发明通过互连系统设置CPU与PCIe设备之间的互连关系，对CPU的指令集与运行的操作系统透明，不需要开发额外的管理软件，支持所有能够连接PCIe设备的CPU和操作系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种架构可重构的计算装置，其特征在于，所述装置包括CPU节点、IO节点、PCIe交换节点和Ethernet交换节点；其中，PCIe交换节点用于CPU与PCIe设备互连，Ethernet交换节点用于配置管理；所述CPU节点包含CPU、PCIe交换器和管理器，并通过CPU节点中的PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过CPU节点中的管理器连接到Ethernet交换节点；所述CPU节点和IO节点可通过PCIe交换节点构成不同架构的计算机，CPU节点通过地址映射的方式访问IO节点上PCIe设备并响应IO节点上PCIe设备的中断；所述IO节点包含PCIe设备、PCIe交换器和管理器，并通过IO节点中的PCIe交换器连接到PCIe交换节点，通过IO节点中的管理器连接到Ethernet交换节点。
2.根据权利要求1所述的架构可重构的计算装置，其特征在于，所述CPU节点中的管理器为CPU节点中的PCIe交换器的主设备，连接CPU节点中的PCIe交换器与CPU 的端口设置为非透明模式，连接CPU节点中的PCIe交换器与PCIe交换节点的端口设置为非透明模式。
3.根据权利要求1所述的架构可重构的计算装置，其特征在于，所述IO节点中的管理器为IO节点中的PCIe交换器的主设备，连接IO节点中的PCIe交换器与IO节点中的PCIe设备的端口设置为透明模式，连接IO节点中的PCIe交换器与PCIe交换节点的端口设置为非透明模式。
4.基于权利要求1至3任意一项所述架构可重构的计算装置的重构方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：申请CPU节点和IO节点；
步骤2：初始化PCIe设备；
步骤3：建立设备配置空间映射；
步骤4：CPU发现新设备并分配设备地址空间；
步骤5：建立设备地址空间映射；
步骤6：建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射；
步骤7：加载设备驱动程序。
5.根据权利要求4所述的重构方法，其特征在于，步骤2所述初始化PCIe设备是通过IO节点上的管理器初始化PCIe设备；
步骤3所述建立设备配置空间映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤3.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤3.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤3.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
6.根据权利要求4所述的重构方法，其特征在于，步骤5所述建立设备地址空间映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤5.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤5.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤5.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
7.根据权利要求4所述的重构方法，其特征在于，步骤6所述建立PCIe设备中断向量与CPU中断向量表的映射是通过CPU节点和IO节点上的管理器实现，包括如下步骤：
步骤6.1：建立IO节点上的PCIe交换器与PCIe交换节点之间的空间映射；
步骤6.2：建立PCIe交换节点与CPU节点上的PCIe交换器之间的空间映射；
步骤6.3：建立CPU节点上的PCIe交换器与CPU之间的空间映射。
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