CN1286038C - 基于双环形队列、非中断式pci通信方法 - Google Patents
基于双环形队列、非中断式pci通信方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于双环形队列、非中断式PCI通信方法，用于数据通信领域里的PCI总线紧耦合型多CPU系统中CPU间的通讯，包括：在每两个CPU之间的PCI总线上建立一个双环形队列缓冲区，并进行数据处理流程，具体包括发送数据流程和接收数据流程，其中接收数据流程包括：首先取写指针和读指针；然后设置变量N＝读指针+1，对队列长度取余；同时判断变量N是否等于写指针；如果N不等于写指针，则将读指针指向的数据从双环形队列缓冲区中取出，将读指针加1，设置N＝读指南针+1，对队列长度取余。本发明所述方法比现有技术具有更高的效率，同时极大降低对系统性能的影响、不会中断CPU的任务运行、不干扰CPU的正常流程处理。
Description
技术领域：
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及多CPU之间通过PCI，采用非中断的通信方法。
背景技术：
随着人们对于信息技术的需求日益增多，信息和通信技术已经日益渗透到人们的日常生活中，这些都有力地推动着信息技术的快速发展，尤其是在信息量日益增多的情况下，对于具有大数据处理能力的分布式处理系统的需求也急剧增多。在数据通信、计算机网络以及工业控制分布式控制系统中，一般采用双CPU甚至多CPU分布式处理的方式来提高系统的处理能力，在这样的情况下，多个CPU之间的通信性能优劣对于整个系统工作效率有着十分重要的影响。在目前的多CPU计算机系统中，一般依照耦合性的高低，分为紧耦合与松耦合两种类型。紧耦合方式主要是在CPU之间通过PCI总线相连接的形式来实现，松耦合方式则是在CPU之间通过以太网络相连接的形式来实现。紧耦合方式中各个CPU之间关系较为紧密，一般应用在通信量要求非常高的系统中，在具体的通信实现上主要采用中断方式进行多处理器间的通讯。目前，在多CPU计算机系统中，两个CPU之间主要通过PCI总线进行通信，一个CPU使用PCI总线上的DOOR BELL(门铃寄存器)向对端CPU发起中断，使得对端CPU获取数据接收信号后进行数据接收程序，这种方法在计算机系统各CPU之间通信流量低的情况下是较为适宜的，但在系统通信流量高的情况下，则将会使得CPU频繁进行中断处理，极大扰乱CPU的正常任务调度，从而进一步影响系统的整体性能。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术存在的基于PCI总线紧耦合型多CPU系统中CPU中断过于频繁、影响系统工作性能的缺点，以期提供一种能够有效提高基于PCI总线紧耦合型多CPU系统的通讯效率、同时又不影响各个CPU的正常任务调度的方法。
为实现上述目的，本发明提出一种PCI总线紧耦合型多CPU系统中CPU间通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，在每两个CPU之间的PCI总线上建立一个双环形队列缓冲区，该缓冲区设置两个环形队列，分别作为发送通道和接收通道；每个环形队列设置一个读指针和一个写指针，初始时，将读指针设为最大，写指针设置为0；
其次，进行数据处理流程，具体包括发送数据流程和接收数据流程，其中发送数据流程包括以下步骤：
步骤一：如果写指针等于读指针，则返回失败，否则将通信数据拷贝到写指针指向的通信缓冲区；
步骤二：写指针加一，同时对队列长度取余；
步骤三：结束发送数据；
接收数据流程包括以下步骤：
步骤一：取写指针；
步骤二：取读指针；
步骤三：设置变量N＝读指针+1，对队列长度取余；
步骤四：判断变量N是否等于写指针；
步骤五：如果N不等于写指针，则将读指针指向的数据从双环形队列缓冲区中取出，将读指针加1，设置N＝读指南针+1，对队列长度取余；返回步骤四；
步骤六：结束接收数据。
本发明所述方法通过在两个CPU之间建立双环形队列缓冲区、分别建立双通道进行读取数据和写入数据操作的非中断通信方法，从而比现有技术具有更高的效率，同时极大降低对系统性能的影响、不会中断CPU的任务运行、不干扰CPU的正常流程处理，在系统流量较大、负载较重的情况下，本发明所述方法工作效率尤其优于现有的中断方法。
附图说明：
图1是多CPU系统的原理图。
图2是本发明所述环形队列示意图。
图3是本发明所述方法中的发送数据流程图。
图4是本发明所述方法中的接收数据流程图。
图5是作为本发明具体实施方式的基于双环形队列的双CPU通信系统示意图。
图6是作为本发明另一个实施方式的基于双环形队列的双CPU通信系统示意图。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明所述方法作进一步描述：
本发明提出的PCI总线紧耦合型多CPU系统中CPU间通讯方法，通过在每两个CPU之间的PCI总线上建立一个双环形队列缓冲区，用于此两个CPU之间的通讯，从而构成多CPU系统之间的通讯系统。与此同时，在两个CPU上分别设置一个定时器，定时检查本身作为输出端的通信通道(环形队列缓冲区)，事实上，为了能够尽快取得数据，可以采用高精度定时器。
在具体处理方式上可以适当参照图2、图3和图4所示。下面进行详细的说明：
1、环形队列的处理
如图2所示，环形队列有两个指针，一个为读指针，另一个为写指针，读指针用来读取，写指针用来写入。系统初始工作时可以将读指针设为最大，同时将写指针设置为0。
1.1、发送数据流程(写入)：首先判断是否写指针等于读指针，如果写指针等于读指针，则返回失败(表示队列已满)，否则将通信数据拷贝到写指针指向的通信缓冲区。然后对写指针加一，同时对队列长度取余。
1.2、接收数据流程(接收)：首先取写指针和读指针；然后使得变量N＝读指南针加一，对队列长度取余。判断N是否等于写指针，如果N不等于写指针：则将读指针指向的数据缓冲区取出，将读指针加一，N＝读指南针加一，对队列长度取余；循环取出所有数据，直到数据取完。最后结束接收数据流程。
2、基于双环形队列的双CPU通信系统
如图5所示，一般情况下，一个PCI总线上有多个CPU系统中，此时每两个CPU[图5中的标注4，5]之间，就有一个双环形队列缓冲区[图5中的标注6]，用于此两个CPU之间的通讯，就构成了多CPU系统之间的通讯系统。双环形队列就是使用两个环形队列，每个环形队列就是一个单向通道。两个通道中，一个通道为发送，另一个通道为接收；从对端CPU看来，正好相反：一个为接收，而另一个为发送。对于某个单向通道来说，发送端的CPU只有写的权限，只能修改写指针；接收端的CPU则只有读权限，只能修改读指针。两边的CPU上各设置一个任务或定时器，定时查询自已的接收通道上是否有数据要接收；如有则接收下来。定时的长短可以根据实际需要，进行适当调整。
3、双环形队列的双CPU通信系统互拆原理
在最坏情况下(队列临界情况下)，即当某个通道上的写指针等于读指针加一时，如CPU_A[图5中的标注4](CPU_A为此单向通道的输入端CPU，执行写操作)上执行写入时，如果CPU_A获取写指针后，CPU_A的访问权交出，由CPU_B[图5中的标注5](为此单向通道的输出端CPU，执行读操作)取出读指针，让N等于读指针，然后再将N加一；此时，让N与写指针比较，两者相等，表明通道中没有数据，则不进行读操作。
另一种临界情况是当缓冲区满时，此时的状态应为写指针到过了缓冲区顶端，读指针在最低端；此时如进行写操作，则返回失败消息，系统等待下一次操作。
4、基于双环形队列的多CPU系统之间的通讯实例
如图6所示，由MPC8245[图6中的标注7](Motorola公司的一种处理器)与IXP1200[图6中的标注8](Intel公司的一种处理器)通过PCI总线相连，组成一个双CPU的处理系统。MPC8245将自己的一块内存[图6中的标注9]共享出来作为双CPU通信用，存放两个环形队列缓冲区。一个环形队列缓冲区为MPC8245为输入端，IXP1200为输出端；另一个环形队列缓冲区为IXP1200输入端，MPC8245为输出端。
采用本发明所述方法，与现有中断式的双CPU之间的通信技术相比，增加了系统中CPU之间的通信效率，并且不影响各个CPU的正常任务调度，满足了在大通信量下的系统的性能要求。
Claims (4)
1、一种基于双环形队列、非中断式PCI通信方法，用于PCI总线紧耦合型多CPU系统中CPU间的通讯，其特征在于，包括以下步骤：
首先，在每两个CPU之间的PCI总线上建立一个双环形队列缓冲区，该缓冲区设置两个环形队列，分别作为发送通道和接收通道；每个环形队列设置一个读指针和一个写指针；
其次，进行数据处理流程，具体包括发送数据流程和接收数据流程，其中发送数据流程包括以下步骤：
步骤一：如果写指针等于读指针，则返回失败，否则将通信数据拷贝到写指针指向的通信缓冲区；
步骤二：写指针加一，同时对队列长度取余；
步骤三：结束发送数据；
接收数据流程包括以下步骤：
步骤一：取写指针；
步骤二：取读指针；
步骤三：设置变量N＝读指针+1，对队列长度取余；
步骤四：判断变量N是否等于写指针；
步骤五：如果N等于写指针，则执行步骤六；如果N不等于写指针，则将读指针指向的数据从双环形队列缓冲区中取出，将读指针加1，对队列长度取余；设置N＝读指针+1，N对队列长度取余；返回步骤四；
步骤六：结束接收数据。
2、根据权利要求1所述的基于双环形队列、非中断式PCI通信方法，其特征在于，初始时，将读指针设为最大，写指针设置为0。
3、根据权利要求1所述的基于双环形队列、非中断式PCI通信方法，其特征在于，对于某个单向通道来说，发送端的CPU只有写的权限，只能修改写指针；接收端的CPU则只有读权限，只能修改读指针。
4、根据权利要求1所述的基于双环形队列、非中断式PCI通信方法，其特征在于，接收端和发送端的CPU上各设置一个定时器，定时查询各自的接收通道上是否有数据要接收。
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