DE4009685C2 - Verfahren für einen Initialisierungsvorgang in einem Multiprozessorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Initialisie­ rungsvorgang in einem Multiprozessorsystem gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Die Entwicklung der Hard- und Softwaretechnologie in den letz­ ten Jahren hat dazu geführt, daß in zunehmendem Maße in Daten­ verarbeitungssystemen Multiprozessorsysteme zur Steigerung der Systemleistung benutzt werden. Die Multiprozessorsysteme bedie­ nen sich eines gemeinsamen Leitungssystems, eines sogenannten BUS-Systems, zur Kopplung mehrerer Teilnehmer. Ein solches Multiprozessorsystem ist beispielsweise aus dem Dokument US-A-4 937 733 bekannt. Dieses Multiprozessorsystem weist eine zentrale Arbitrierungseinrichtung, ein Leitungssystem sowie eine Vielzahl von am Leitungssystem angeschlossene Teilnehmer auf.

Die auf Baugruppen - beispielsweise Steckkarten (boards) - an­ geordneten und in Aufnahmevorrichtungen für die Baugruppen - beispielsweise Steckschlitze (slots) - eingesetzten Teilnehmer können z. B. Verarbeitungseinheiten mit zugehörigen privaten Cachespeichern, Verarbeitungseinheiten zur Ausführung von Ein-/Ausgabeanforderungen, ein gemeinsamer Arbeitsspeicher usw. sein. Das gemeinsame Leitungssystem stellt dabei ein standar­ disiertes Übertragungsmittel dar, das eine Lebenszeit von bis zu zehn Jahren oder länger besitzt.

Im Laufe der Zeit ändern sich jedoch die Anforderungen an ein Leitungssystem, wenn neue Teilnehmer jeweils dem neuesten Tech­ nologiestand entsprechende Funktionen und Leistungsmerkmale enthalten. Die somit am Leitungssystem notwendigen Änderungen bzw. Erweiterungen erlauben es in den meisten Fällen nicht, daß Teilnehmer herkömmlicher Art und Teilnehmer mit neuen Merkmalen an ein gemeinsames Leitungssystem angeschlossen werden können, um miteinander zu kommunizieren.

Eine Lösung zur Erreichung der Kompatibilität von alten und neuen Teilnehmern besteht beispielsweise darin, daß die alten Teilnehmer hochgerüstet werden, was jedoch mit erheblichem Auf­ wand verbunden ist. Auch ein Austausch der bisherigen gegen neue Teilnehmer stellt keine befriedigende Lösung des Problems dar, da sie eine Weiterverwendung der alten Teilnehmer unmög­ lich macht, und überdies mit Mehrkosten verbunden ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für einen Initialisierungsvorgang in einem Multiprozessorsy­ stem anzugeben, durch das alle Teilnehmer des Systems Funktio­ nen in einem gemeinsam festgelegten Umfang ausführen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

In einer ersten Phase des Initialisierungsvorgangs werden zur Identifikation der Teilnehmer und der Baugruppe von der Arbi­ trierungseinrichtung Nummern vergeben und als Informationssig­ nale an die einzelnen Baugruppen übertragen. Jeder Teilnehmer auf der Baugruppe bedient sich dabei eines Synchronisierungs­ signals, durch das er jeweils den Empfang einer Teilnehmernum­ mer signalisiert.

Hat jeder Teilnehmer eine Identifikation erhalten, so kann die zweite Phase des Initialisierungsvorgangs ablaufen, in der un­ ter allen Teilnehmern am Leitungssystem eine gemeinsame Funk­ tionsebene vereinbart wird. Dabei wird jeweils eine Funktion als binärer Parameterwert generiert und an alle identifizierten Teilnehmer übertragen, die jeweils durch Setzen des Synchroni­ sierungssignals bestätigen, daß sie den Parameterwert erhalten haben, und durch zusätzliches Setzen eines Begleitsignals die Nichtakzeptanz mit dem Parameterwert anzeigen. Bei Akzeptanz des übermittelten Parameterwertes wird dieser als gemeinsamer Wert in allen Teilnehmern und in der zentralen Arbitrierungs­ einrichtung gespeichert, während bei wenigstens von einem der Teilnehmer gesetztem Begleitsignal der im vorherigen Schritt vereinbarte Parameterwert den gemeinsamen Wert bildet.

Liegt die Nichtakzeptanz nur eines Teilnehmers mit einem über­ tragenen Parameterwert vor, so kann der Wert der zu vereinba­ renden Funktion im System nicht genutzt werden. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Funktionserweiterungen nicht im vor­ aus festgelegt und keinerlei Vorkehrungen für neue Funktionen getroffen werden müssen, da in einem Initialisierungsvorgang ein gemeinsam gültiger Funktionsstand ausgehandelt wird, der für alle Teilnehmer verbindlich ist.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzel­ nen zeigen

Fig. 1 ein Multiprozessorsystem mit einem Leitungssystem zur Kopplung mehrerer Teilnehmer,

Fig. 2a und 2b die Impulsdiagramme der während der beiden Initi­ alisierungsphasen vorkommenden Signale am Leitungssystem.

Fig. 1 zeigt ein Multiprozessorsystem, bei dem mehrere Teilneh­ mer TN1 . . . TNx über ein Leitungssystem SPBUS miteinander kommu­ nizieren können. Unter den Teilnehmern TN1 . . . TNx befinden sich beispielsweise Verarbeitungseinheiten mit zugehörigen privaten Cachespeichern, ein von allen Verarbeitungseinheiten gemeinsam genutzter Arbeitsspeicher, sowie eigene Verarbeitungseinheiten zur Durchführung von Ein-/Ausgabeanforderungen. Das gemeinsame Leitungssystem SPBUS zur engen Kopplung der einzelnen Teilneh­ mer TN1 . . . TNx umfaßt mehrere, voneinander unabhängig arbeitende Teilleitungssysteme, von denen das Teilleitungssystem AD-BUS für die Adressensignale, das Teilleitungssystem DAT-BUS für die Datensignale, das Teilleitungssystem CTR-BUS für die Steuersig­ nale, sowie das Teilleitungssystem SYNC-BUS für die Synchroni­ sierungs- und Begleitsignale vorgesehen sind.

Die einzelnen Signalleitungen werden den Baugruppen SL1 . . . SLn zugeführt, auf denen sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils ein Teilnehmer TN1 . . . TNx sowie eine Steuereinrichtung CU1 . . . CUn befinden.

Da mehrere, von den einzelnen Teilnehmern ausgelöste Anforde­ rungen gleichzeitig erfolgen können, sorgt eine zentrale Arbi­ trierungseinrichtung ARBIT für die Zuteilung des Leitungssy­ stems SPBUS an einen der anfordernden Teilnehmer. Vor der Ausführung von derartigen Anforderungen läuft ein Initialisierungs­ vorgang ab, der von der Arbitrierungseinrichtung ARBIT zentral gesteuert wird.

In Fig. 2a sind die Impulsdiagramme der in der ersten Initiali­ sierungsphase IN-PHASE1 vorkommenden Signale dargestellt, wobei die einzelnen Signalübergänge von einem zentralen Betriebstakt­ signal CLK abgeleitet werden. Vor Beginn des Initialisierungs­ vorgangs am Leitungssystem wird in der zentralen Arbitrierungs­ einrichtung das Signal RES erzeugt und über das Teilleitungssy­ stem CTR-BUS gemäß Fig. 1 individuell (radial) an jede Baugruppe übertragen. Alle Teilnehmer werden dadurch veranlaßt, ein Rück­ setzen der Signalzustände auf den Leitungen des Systems, die sich z. B. auf Grund zuvor ausgeführter Operationen durch die Teilnehmer eingestellt haben, durchzuführen, so daß ein Start­ zustand erzielt wird, sofern während des Rücksetzvorgangs kein Fehler gemeldet wird.

Die erste Initialisierungsphase IN-PHASE1 wird mit dem Signal INIT gestartet, das von der Arbitrierungseinrichtung erzeugt und an alle Teilnehmer auf den Baugruppen über das Teillei­ tungssystem CTR-Bus gemäß Fig. 1 ausgesendet wird. Eine Bau­ gruppe, z. B. SL1, erklärt ihre Bereitschaft zur Entgegennahme einer Baugruppen- und Teilnehmernummer dadurch, daß von ihren Teilnehmern jeweils nach Empfang des Startsignals INIT ein teilnehmerindividuelles Synchronisierungssignal, sowie von der zugehörigen Steuereinrichtung ein individuelles Anfragesignal, z. B. INIT-REQ1, gesetzt werden, wobei letztgenanntes Signal bei Vorhandensein mehrerer Teilnehmer auf einer Baugruppe aus in­ ternen Anfragesignalen dieser Teilnehmer abgeleitet wird. In gleicher Weise liefern die anderen Baugruppen, z. B. SL5 und SL9, die entsprechenden individuellen Anfragesignale, z. B. INIT-REQ5 und INIT-REQ9, begleitet von den zugehörigen teilneh­ merindividuellen Synchronisierungssignalen.

Die einzelnen Synchronisierungssignale sind als Open-Collector- Signale ausgebildet und wirken am Leitungssystem als gemeinsa­ mes Synchronisierungssignal INIT-SYNC erst dann, wenn sie von allen Teilnehmern des Leitungssystems angelegt werden. Sobald dies erfolgt ist, wird das einzelne Synchronisierungssignal von jedem Teilnehmer wieder zurückgenommen, bevor mit der Vergabe der Nummern durch die Arbitrierungseinrichtung begonnen werden kann.

Anhand eines implementierten Vergabeprinzips wird von der Arbi­ trierungseinrichtung ein individuelles Antwortsignal, z. B. INIT-GRA1, gesetzt, durch das der ausgewählten Baugruppe, z. B. SL1, die Übertragung der Informationssignale SAVE angekündigt wird. Ein Vergabeprinzip kann beispielsweise darin bestehen, daß abhängig von den Einbauplätzen für die Baugruppen in einem datenverarbeitenden Gerät, beginnend mit dem ersten Einbau­ platz fortlaufend (round robin sequence) solange Nummern ver­ teilt werden, bis von der Arbitrierungseinrichtung keine Anfra­ gen von Baugruppen mehr erkannt werden.

Ein Teil der übermittelten Informationssignale, z. B. SAVE0 . . . 3, beinhaltet die Baugruppennummer, z. B. SL-N1, während der andere Teil, z. B. SAVE4 . . . 8, eine Teilnehmernummer, z. B. TN-N1, über­ trägt, wobei die zur Baugruppe gehörige Steuereinrichtung bei mehreren Teilnehmern auf der Baugruppe die Zuordnung der Nummer zu einem Teilnehmer vornimmt. Jedes der Signale SAVE0 . . . 8 wird auf einer Leitung geführt, die einer Bitstelle der binär co­ dierten Information entspricht. Zusätzlich zu den Informations­ signalen SAVE wird von der Arbitrierungseinrichtung jeweils ein Signal SVAL geliefert, das die Gültigkeit der ausgesandten In­ formationen anzeigt.

Hat die ausgewählte Baugruppe, z. B. SL1, die Signale SAVE emp­ fangen, so werden vom zugehörigen Teilnehmer, z. B. TN1, sein Synchronisierungssignal aktiviert und von der Steuereinrichtung das individuelle Anfragesignal, z. B. INIT-REQ1, rückgesetzt. Bei mehreren Teilnehmern auf einer Baugruppe bleibt das indivi­ duelle Anfragesignal dann bestehen, wenn interne Anfragesignale weiterer Teilnehmer der ausgewählten Baugruppe die Zuteilung von Teilnehmernummern wünschen.

In gleicher Weise werden die Informationssignale SAVE an die anderen Baugruppen, z. B. SL5 und SL9, nacheinander übertragen, deren Teilnehmer jeweils ihre Synchronisierungssignale setzen, und deren Steuereinrichtungen abhängig von der Anzahl der Teil­ nehmer einer Baugruppe jeweils das Rücksetzen der individuellen Anfragesignale, z. B. INIT-REQ5 und INIT-REQ9, veranlassen. So­ bald das gemeinsame Synchronisierungssignal INIT-SYNC aller Teilnehmer für eine bestimmte Zeitdauer am Leitungssystem vor­ liegt, werden danach die einzelnen Synchronisierungssignale von den Teilnehmern wieder rückgesetzt, womit die zweite Initiali­ sierungsphase IN-PHASE2 gemäß Fig. 2b beginnen kann.

In ihr werden gemeinsame Parameter abhängig von der Leistungs­ fähigkeit und den ausführbaren Funktionen der am Leitungssystem angeschlossenen Teilnehmer vereinbart. Die auszuhandelnden Pa­ rameter sind beispielsweise Taktfrequenz, Datenbreite, Buspro­ tokoll, Anzahl der Pipelines, Anzahl der Signalleitungen zu den Cachespeichern usw., wobei als erster Parameter die Anzahl der zu vereinbarenden Parameter, die ein Teilnehmer und die Arbi­ trierungseinrichtung kennen, festgelegt wird. Die einzelnen Pa­ rameterwerte selbst entsprechen dem Umfang einer Funktion, den ein Teilnehmer am Leitungssystem ausführen kann, beispielsweise Taktfrequenz 30 MHz, 40 MHz usw., und sind Binärzahlen, die so codiert werden, daß steigende Werte höhere Leistungsfähigkeit bedeuten.

Sobald von der Arbitrierungseinrichtung das Gültigkeitssignal SVAL erzeugt wird, beginnt die Übertragung jeweils eines Para­ meterwerts durch die Informationssignale SAVE, wobei das Signal SAVE8 erkennen läßt, ob es sich beim übertragenen Wert um den höchsten handelt. Für den ersten zu vereinbarenden Parameter PAR1 werden die einzelnen Werte PW10, PW11 und PW12 nacheinan­ der jeweils allen Teilnehmern übermittelt, die jeweils nach Le­ sen eines einzelnen Wertes ihr individuelles Synchronisierungs­ signal zur Bestätigung des Empfangs setzen. Wird ein weiteres Signal INIT-ABORT von wenigstens einem der Teilnehmer zusätz­ lich aktiviert, so wird dadurch das Nichteinverständnis mit dem vorgeschlagenen Parameterwert, z. B. PW12, erklärt. Dies ist da­ durch möglich, daß das von jedem Teilnehmer setzbare Begleitsi­ gnal INIT-ABORT ebenso wie das teilnehmerindividuelle Synchro­ nisierungssignal als Open-Collector-Signal ausgebildet ist, je­ doch im Gegensatz zum Synchronisierungssignal bereits bei Akti­ vierung durch einen Teilnehmer am Leitungssystem Wirkung ent­ faltet.

Wenn das von allen Teilnehmern gebildete gemeinsame Synchroni­ sierungssignal INIT-SYNC für eine bestimmte Zeitdauer vorhanden ist, werden die einzelnen Synchronisierungssignale und die eventuell gesetzten Begleitsignale INIT-ABORT von den Teilneh­ mern rückgesetzt, worauf die nächstfolgende Parameterwertüber­ tragung folgen kann. Bei gesetztem Begleitsignal INIT-ABORT wird der im jeweils vorhergehenden Vereinbarungsvorgang ausge­ handelte Parameterwert, z. B. PW11, als der gemeinsame Parameter PAR1 in den Teilnehmern und der Arbitrierungseinrichtung ge­ speichert, da er den größten von allen Teilnehmern tolerierten Wert darstellt.

Bei der Festlegung eines weiteren Parameters PAR2 wird von der Arbitrierungseinrichtung z. B. das Informationssignal SAVE8 er­ zeugt, das den übermittelten Parameterwert PW22 als den höch­ sten zu vereinbarenden Wert kennzeichnet. Bei keinem der vorge­ schlagenen Parameterwerte PW20, PW21 und PW22, deren jeweils zu übertragende Informationssignale SAVE durch das Signal SVAL in analoger Weise zur ersten Initialisierungsphase für gültig er­ klärt werden, ist ein Nichteinverständnis von wenigstens einem der Teilnehmer mitgeteilt worden, so daß der Wert PW22 als der gemeinsame Parameter PAR2 vereinbart wird, da für diesen weite­ re Werte nicht zur Verfügung stehen.

Wenn der letzte auszuhandelnde Parameter festgelegt ist, wird dies von der Arbitrierungseinrichtung durch Rücksetzen des Sig­ nals INIT allen Teilnehmern angezeigt. Für den Fall, daß das Begleitsignal INIT-ABORT bereits beim jeweils niedrigsten Wert eines Vereinbarungsvorgangs für einen Parameter erscheint, wird ein Fehlersignal ausgelöst, das zum vorzeitigen Ende des Initi­ alisierungsvorgangs führten kann.

Claims (7)

1. Verfahren für einen Initialisierungsvorgang in einem Multi­ prozessorsystem mit einer zentralen Arbitrierungseinrichtung (ARBIT), die das Leitungssystem (SPBUS) des Multiprozessorsy­ stems einer von mehreren, mit dem Leitungssystem (SPBUS) ver­ bundenen und jeweils mindestens einen Teilnehmer (z. B. TN1) am Multiprozessorsystem aufnehmenden Baugruppen (z. B. SL1) zu­ teilt, wobei von den Teilnehmern (TN1 . . . TNx) eine jeweils un­ terschiedliche Anzahl von Funktionen ausführbar ist, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß in einer ersten Initialisierungsphase (IN-PHASE1) von der Arbitrierungseinrichtung (ARBIT) einzelne Baugruppen- und Teilnehmernummern (z. B. SL-N1, TN-N1) vergeben und als Infor­ mationssignale (SAVE) an die jeweils mit dem Leitungssystem (SPBUS) verbundenen Baugruppen (SL1 . . . SLn) übertragen werden,
• - daß zur Bestätigung des Empfangs einer Teilnehmernummer (z. B. TN-N1) von den einzelnen Teilnehmern (z. B. TN1) ein indivi­ duelles Synchronisierungssignal (INIT-SYNC) gesetzt wird,
• - daß in einer zweiten Initialisierungsphase (IN-PHASE2) von der Arbitrierungseinrichtung (ARBIT) die Anzahl und der Um­ fang der Funktionen als binäre Parameterwerte generiert sowie dem Leitungssystem (SPBUS) die jeweils einen Parameterwert (z. B. PW10) enthaltenden Informationssignale (SAVE) für eine Übertragung an alle Teilnehmer (TN1 . . . TNx) zugeschaltet wer­ den,
• - daß von jedem Teilnehmer (z. B. TN1) zur Bestätigung des Emp­ fangs eines übertragenen Parameterwertes (z. B. PW10) das Syn­ chronisierungssignal (INIT-SYNC) sowie bei Nichtakzeptanz des übermittelten Parameterwertes (z. B. PW12) zusätzlich ein Be­ gleitsignal (INIT-ABORT) gesetzt wird, und
• - daß der jeweils übermittelte Parameterwert (z. B. PW12) bzw. bei wenigstens von einem der Teilnehmer gesetztem Begleit­ signal (INIT-ABORT) der im vorherigen Schritt festgelegte Pa­ rameterwert (z. B. PW11) in allen Teilnehmern (TN1 . . . TNx) und der zentralen Arbitrierungseinrichtung (ARBIT) als gemeinsa­ mer Wert gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Teilnehmer (TN1 . . . TNx) auf einer Baugruppe (z. B. SL1) das zugeteilte Leitungssystem (SPBUS) erst nach Vergabe aller Teilnehmernum­ mern (TN-N1 . . . TN-Nx) wieder freigegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von der zentralen Arbitrierungseinrich­ tung (ARBIT) ein Gültigkeitssignal (SVAL) zusätzlich zu den In­ formationssignalen (SAVE) erzeugt wird, das allen Teilnehmern (z. B. TN1) jeweils den Beginn einer Parameterwertübertragung in der zweiten Initialisierungsphase (IN-PHASE2) anzeigt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Synchroni­ sierungssignale (INIT-SYNC) und gesetzte Begleitsignale (INIT- ABORT) von den Teilnehmern (z. B. TN1) rückgesetzt werden, so­ bald die Synchronisierungssignale (INIT-SYNC) aller Teilnehmer (TN1 . . . TNx) gemeinsam für eine vorgegebene Zeitdauer am Lei­ tungssystem (SPBUS) anliegen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß von der zentra­ len Arbitrierungseinrichtung (ARBIT) ein Initialisierungssignal (INIT) an alle Teilnehmer (TN1 . . . TNx) ausgesendet wird, das ihnen den Beginn und das Ende des Initialisierungsvorgangs mitteilt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Leitungssy­ stem (SPBUS) ein weiteres Informationssignal (SAVE8) zugeschal­ tet wird, das bei gesetztem Zustand anzeigt, daß der übertra­ gene Parameterwert (z. B. PW22) der höchste zu vereinbarende Wert ist und bei nicht gesetztem Begleitsignal (INIT-ABORT) als gemeinsamer Wert gespeichert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Fehler­ signal erzeugt wird, wenn bei einer Übermittlung von niedrig­ sten Parameterwerten (z. B. PW10) ein Begleitsignal (INIT-ABORT) gesetzt wird.