DE69420782T2

DE69420782T2 - Verfahren um den Informationsaustausch zwischen Prozessen mittels eines Kommunikationsgerätes zu bewerkstelligen

Info

Publication number: DE69420782T2
Application number: DE69420782T
Authority: DE
Inventors: Fabio Butto; Nicola Cosenza
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: ITMI931427A0; JPH07146801A; CN1074219C; CN1098580A; ITMI931427A1; DE69420782D1; EP0632374B1; AU6597994A; EP0632374A2; EP0632374A3; IT1264644B1; CA2127213A1; AU670874B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewerkstelligung des Informationsaustausches zwischen Prozessen mittels eines Kommunikationsgerätes.
Steuergeräte sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen EP-A-0 492 177 und EP-A-0 164 972 bekannt, die, wenn sie mit einer Speichereinrichtung verbunden werden, in der Lage sind, eine Kommunikation zwischen Prozessen bei geeigneter Konfiguration zu handhaben; diese Geräte können in Verbindung mit einem oder mehreren Prozessoren verwendet werden. Insbesondere kann mittels des in der ersten der beiden erwähnten Patentanmeldungen offenbarten Gerätes durch das Senden geeigneter Befehle eine RAM-Einrichtung als ein Satz von unabhängigen Speicherblöcken konfiguriert werden, von denen jeder gemäß einem von einem FIFO, LIFO, einer kreisförmigen Warteschlange usw. ausgewählten Modus arbeitet. Durch weitere Befehle können Daten den Speicherblöcken unabhängig von ihrem Betriebsmodus beispielsweise zugeführt oder entnommen werden. Obgleich solche Geräte die Prozessoren sehr wirksam von der Handhabung der Kommunikation zwischen Pro zessen befreien, weisen sie nichtsdestotrotz den Nachteil auf, nur Befehle auf niedriger Ebene ausführen zu können, welche im allgemeinen eng mit ihrer internen Hardware-Struktur und bestimmten Charakteristiken des speziellen verwendeten Gerätes in Beziehung stehen.
Dieser Nachteil hat die praktische Auswirkung, daß der Programmierer, der Software für derartige Geräte enthaltende Hardware-Umgebungen entwickelt, eine erweiterte Kenntnis über die Geräte benötigt; falls solche Software für Mehrprozeß-Echtzeit-Anwendungen vorgesehen ist, ist die Wahrscheinlichkeit, Fehler zu machen, noch höher, da auch der gleichzeitige Zugriff auf diese Geräte berücksichtigt werden muß.
Darüber hinaus wird es schwierig sein, an einer derartigen Software Änderungen vorzunehmen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden.
Dieses Ziel wird durch das Verfahren zum Bewerkstelligen des Informationsaustausches zwischen Prozessen durch ein Kommunikationsgerät gemäß Anspruch 1 und dem Verarbeitungssystem gemäß Anspruch 7 erreicht.
Weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die mittels Software, genauer der System- Software (vorzugsweise als Firmware realisiert) herbeigeführte Virtualisierung eines Kommunikationsgerätes, das in der Lage ist, direkt als Hardware realisierte Befehle auf hoher Ebene auszuführen und infolgedessen ihre Ausführungsgeschwindigkeit im Hinblick auf eine Software-Implementierung und bezogen auf jeden Prozeß zu erhöhen, werden die vorstehend erwähnten Nachteile auf die System-Software beschränkt und daher ihre schädlichen Wirkungen in ausgesprochen hohem Maße reduziert.
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
- Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Hardware-Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und
- Fig. 2 ein Konzeptionsdiagramm einer Software- Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Wie bereits erwähnt, besteht in einer Mehrprozeß- Software-Umgebung, die in einer aus einem oder mehreren Prozessoren gebildeten Hardware-Umgebung realisiert ist, stets die Notwendigkeit, Informationen zwischen den verschiedenen Prozessen auszutauschen; diese können in Systemprozesse und Benutzerprozesse unterteilt werden; eine andere mögliche Unterteilung ist jene, die auf der Basis von Ausführungszeit-Erfordernissen getroffen wird.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft den Fall, in dem ein derartiger Informationsaustausch durch die Verwendung eines in Fig. 1 durch CD dargestellten Kommunikationsgerätes und demzufolge nicht einfach durch die System-Software der verschiedenen Prozessoren auftritt, welche in Fig. 1 durch PROC-1, ..., PROC-N bezeichnet sind.
Im folgenden wird das Verfahren besonders unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Das Verfahren der Bewerkstelligung des Informationsaustausches zwischen einem ersten Benutzerprozeß P1 und einem zweiten Benutzerprozeß P2 durch das Kommunikationsgerät CD umfaßt die Schritte, die vorgesehen sind:
a) einen als VERBINDER bezeichneten System-Verbindungsprozeß zu aktivieren, der in der Lage ist, bei Empfang eines unmittelbar in der Hardware realisierten ersten Hochpegel- Zeichenelementaufrufs, beispielsweise SCHAFFEVERBINDUNG unter Verwendung eines Kommunikationsgerätes CD einen Kommunikationskanal zwischen den Benutzerprozessen P1 und P2 aufzubauen, wodurch sich die Ausführungsgeschwindigkeit im Hinblick auf eine Software-Implementierung erhöht, und
b) zumindest einen in der Figur als CD-HAND bezeichneten System-Handhabungsprozeß zu aktivieren, der in der Lage ist, bei Empfang eines zweiten Hochpegel-Zeichenelement-Sendenachrichtaufrufs, beispielsweise SENDE-MSG und eines dritten Hochpegel-Zeichenelement-Wartenachrichtaufruf, beispielsweise WARTE-MSG, welche unmittelbar in der Hardware realisiert sind, Informationen von einem der Benutzerprozesse durch den auf dem Gerät CD aufgebauten Kanal zu dem anderen Benutzerprozeß zu übertragen, wodurch sich die Ausführungsgeschwindigkeit einer Software-Implementierung erhöht.
Das SCHAFFE-VERBINDUNG-Zeichenelement kann im Falle eines unidirektionalen Kanals beispielsweise zumindest die folgenden Parameter enthalten:
P-MITT: Kennung des Senderprozesses;
P-DCST: Kennung des adressierten Prozesses;
VERBINDUNGSTYP: Datenaustauschmodus (FIFO, LIFO, ..);
KANAL-PTR: Kennung des für den Datenaustausch verwendeten Speicherbereichs, der auch als eine Kennung für den aufgebauten Kanal verstanden werden kann; eine derartige Kennung ist selbstverständlich ein Zeichenelement-Ausgangsparameter.
Natürlich kann das Zeichenelement einen Ausgangsparameter bereitstellen, der das Ergebnis des Kanalaufbauablaufs anzeigt.
Um den bidirektionalen Kanal aufzubauen, wird es dann ausreichend sein, jedes derartige Zeichenelement zweimal mit geeigneten Parametern zu senden.
Wenn es gewünscht ist, ausdrücklich die Möglichkeit der Erlangung des Aufbaus eines bidirektionalen Kanals durch die Nutzerprozesse vorzusehen, kann ein weiterer Parameter in dem SCHAFFE-VERBINDUNG- Zeichenelement vorgesehen sein, oder es können zwei einzelne, beispielsweise als SCHAFFE-SIMPLEX-VERBINDUNG und SCHAFFE-DUPLEX-VERBINDUNG bezeichnete Zeichenelemente vorgesehen sein.
Viele Variationen einer Kommunikation zwischen Prozessen können in Betracht gezogen werden: Beispielsweise ein Kommunikationskanal, der einen Sender und mehrere Adressaten aufweist.
Die Ausführung eines solchen Zeichenelements in einer Mehrprozessor-Umgebung macht es erforderlich, zu bestimmen, auf welchen Prozessoren der Senderprozeß und der Adressatenprozeß aktiv sind. Zu diesem Zweck kann das Vorhandensein eines bestimmten Systemprozesses vorgesehen sein, der für die Bildung und die Zerstörung der Benutzerprozesse verantwortlich ist und der zu jeder Zeit in der Lage ist, ihren Status zu kennen (ein derartiger Systemprozeß könnte ein sogenannter Überwachungsprozeß sein, d. h. derjenige, der sich um die alternative Ausführung der verschiedenen Prozesse des Systems kümmert); er kann ein Zeichenelement aufweisen, das den VERBINDER-Prozeß mit den benötigten Informationen versorgt.
Die Parameter des SENDE-MSG-Zeichenelements können wenigstens umfassen:
P-ZIEL: Kennung des Adressatenprozesses, dem eine Nachricht zugesendet werden soll;
KANAL-PTR: Kennung des Kanals, der für die Übertragung einer Nachricht verwendet werden soll;
MSG-PTR: Kennung des Speicherbereichs, der eine zu übertragende Nachricht enthält.
Natürlich kann das Zeichenelement einen Ausgangsparameter enthalten, der das Ergebnis des Sendeablaufs (Übertragungsablaufs) angibt.
Die Parameter des WARTE-MSG-Zeichenelements können zumindest umfassen:
P-MITT: Kennung der Sendernachricht, von welchem eine Nachricht erwartet wird;
KANAL-PTR: Kennung des Kanals, von dem eine Nachricht erwartet wird;
MSG-PTR: Kennung des Speicherbereichs, der die erwartete Nachricht enthalten soll.
Natürlich kann das letzte Zeichenelement einen Ausgangsparameter enthalten, der das Ergebnis des Empfangsablaufs angibt.
Die beiden letzten zwei Zeichenelemente können beispielsweise für die sie sendenden Prozesse aufschiebend sein: d. h., daß der ein SENDE-MSG-Zeichenelement sendende Prozeß seine Ausführung nicht fortsetzt, bis die Nachricht wirksam gesendet wurde, oder daß der ein WARTE-MSG-Zeichenelement sendende Prozeß seine Durchführung nicht fortsetzt, bis die Nachricht wirksam empfangen wurde.
Eine mögliche und vorteilhafte Weise, das Problem des gleichzeitigen Zugriffs auf das Gerät CD zu lösen, besteht darin, einen weiteren Schritt bereitzustellen, welcher vorsieht:
c) wenigstens einen Prozeßentscheider des Systems, bezeichnet als RES-MAN, zu aktivieren, der zur Steuerung des gleichzeitigen Zugriffs auf das Gerät CD durch die Systemprozesse vorgesehen ist.
Der Zugriff auf das Gerät CD muß, soweit möglich, ausschließlich durch Systemprozesse ausgeführt werden, und idealerweise ausschließlich durch die Prozesse VERBINDER und CD-HAND, oder noch besser ausschließlich durch den CD-HAND-Prozeß. Dies kann durch Bereitstellung eines Prozesses RES-MAN mit zwei Zeichenelementen, die beispielsweise als ERHALTE-CD und ABGABE-CD bezeichnet werden, reali siert werden, mit denen jeder Prozeß, der einen Zugriff auf das Gerät CD anfordert, den ausschließlichen Zugriff fordert und diesen nach Benutzung wieder abgibt. Der Prozeß RES-MAN kann sich darüber hinaus um den ausschließlichen Zugriff aller Ressourcen des Systems mit ähnlichen Paaren von Zeichenelementen kümmern: Einem für jede Ressource.
Sollten der Prozeß P1 und der Prozeß P2 auf zwei unterschiedlichen Prozessoren aktiv sein, muß der Schritt b) in der Lage sein, erste und zweite Handhabungsprozesse CD-HAND zu aktivieren, und dann erfolgt die Übermittlung von Information auf der Basis eines Empfangs durch den ersten Prozeß, welcher das Zeichenelement SENDE-MSG handhabt, und auf der Basis eines Empfangs durch den zweiten Prozeß, welcher das Zeichenelement WARTE-MSG handhabt.
Es ist klar, daß die Hochpegel-Zeichenelemente SCHAFFE-VERBINDUNG, SENDE-MSG und WARTE-MSG von den Benutzerprozessen gesendet werden, und es ist wichtig, zu erkennen, daß diese Prozesse soweit wie möglich ausschließlich durch Verwendung von derartigen Hochpegel-Zeichenelementen kommunizieren.
Bis jetzt wurde stets von Hochpegel-Zeichenelementen gesprochen, die von den Prozessen VERBINDER und CD-HAND empfangen werden können; natürlich können sie auch Tiefpegel-Zeichenelemente empfangen; beispielsweise kann der Prozeß VERBINDER von dem Prozeß CD-HAND für die Anfrage nach detaillierten Informationen über einen bestimmten, von dem Gerät CD aufgebauten Kanal ein Tiefpegel-Zeichenelement empfangen.
Der Prozeß CD-HAND kann in der Lage sein, beispielsweise von dem Prozeß VERBINDER Tiefpegel-Zeichenelemente zu empfangen, die eine Initialisierung und einen Test des Gerätes CD, ein Auslesen und ein Schreiben von Daten von und auf das Gerät CD, ein Übertragen und ein Empfangen von Zeichengaben zu und von dem Gerät CD betreffen; in diesem Fall tritt der Zugriff auf das Gerät CD nur durch die Zwischenschaltung des Prozesses CD-HAND auf; deshalb wird es möglich sein, innerhalb diesem sämtliche Besonderheiten des Gerätes als solchem einzugrenzen und dafür zu sorgen, daß die Verwendung eines unterschiedlichen Kommunikationsgerätetyps keine Modifikationen von anderen Prozessen des Systems nach sich zieht.
Es ist erforderlich, zu erkennen, daß sämtliche derartige Tiefpegel-Zeichenelemente im allgemeinen nicht von den Benutzerprozessen gesendet werden, so daß die Besonderheiten bezüglich eines Informationsaustausches zwischen Prozessen noch weiter eingegrenzt werden.
Offensichtlich findet das Verfahren der vorliegenden Erfindung seine natürlichste Realisierung in zumindest einem Programm, und daher bestehen die Verfahrensschritte aus Befehlssequenzen, die in Zeichen der Maschinensprache codiert und in dem Speichermittel aufgezeichnet sind.
Noch bezugnehmend auf Fig. 2 wird nun die Software-Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine derartige Software-Umgebung umfaßt wenigstens einen ersten Benutzerprozeß P1 und einen zweiten Benutzerprozeß P2, und umfaßt ferner:
a) einen System-Verbindungsprozeß VERBINDER, der dazu vorgesehen ist, bei Empfang des Hochpegel-SCHAFFE-VERBINDUNG-Zeichenelements ein Kommunikationsgerät CD zwischen den Benutzerprozessen aufzubauen, und
b) wenigstens einen System-Handhabungsprozeß CD- HAND, der in der Lage ist, bei Empfang des Hochpegel-Sendenachricht-Zeichenelements SENDE- MSG und des Hochpegel-Wartenachricht-Zeichenelements WARTE-MSG Informationen von einem der Benutzerprozesse durch das Kommunikationsgerät CD zu dem anderen zu übertragen.
Natürlich sind alle diese Prozesse gleichzeitig aktiv und im allgemeinen hat ein System-Überwachungsprozeß SP die Funktion, ihre alternative Ausführung auf dem gleichen Prozessor zu realisieren; die alternative Ausführung kann aus. Sicht einer einfachen Programmierung in weniger vorteilhafter Weise auch ohne den Überwachungsprozeß SP durch einen Direkt-Übermittlungsmechanismus von Steuerinformationen zwischen Prozessen realisiert werden.
Wenn die Benutzerprozesse auf zwei verschiedenen Prozessoren aktiv sind, dann umfaßt die Umgebung erste und zweite Handhabungsprozesse CD-HAND, die dafür vorgesehen sind, bei Empfang des Zeichenelements SENDE-MSG von dem ersten Handhabungsprozeß und des Zeichenelements WARTE-MSG durch den zweiten Handhabungsprozeß Informationen zu übermitteln; natürlich kann ein Überwachungsprozeß auf jedem Prozessor aktiviert werden, aber dies ist naheliegend, da jeder Prozessor Mehrprozessor-Software-Umgebungen beinhaltet.
Die Umgebung kann ferner umfassen:
c) einen ebenfalls aktiven System-Entscheiderprozeß RES-MAN, der dafür vorgesehen ist, den gleichzeitigen Zugriff auf das Kommunikationsgerät CD durch die Systemprozesse zu steuern.
In Fig. 2 wurden die verschiedenen Prozesse durch Ellipsen angedeutet; die verschiedenen Ellipsen sind durch Linien miteinander verbunden, die die Hauptverbindungen zwischen den Prozessen im Hinblick auf die Übertragung und den Empfang von Zeichenelementen wie folgt darstellen: Die Prozesse P1 und P2 senden Zeichenelemente zu und/oder empfangen Zeichenelemente von den Prozessen VERBINDER und CD- HAND, und die Prozesse VERBINDER und CD-HAND senden Zeichenelemente zu und/oder empfangen Zeichenelemente von dem Prozeß RES-MAN und voneinander; zusätzlich sind der Überwachungsprozeß SP, der in Verbindung mit sämtlichen Prozessen des Software- Systems steht, und zwei Prozesse RT und BL, die eng mit dem Prozeß SP in Beziehung stehen, die nicht vorhanden sein müssen, und die sich um die Ausführungssteuerung der Prozesse mit strikten Zeiterfordernissen bzw. der Prozesse ohne Zeiterfordernisse kümmern, dargestellt.
Weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind darin durch zwei Reihen von gestapelten Rechtecken die Hochpegel-Zeichenelemente HLP und die Tiefpegel-Zeichenelemente LLP der Prozesse VERBINDER und CD-HAND dargestellt. Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß die vorstehend beschriebene Software- Umgebung nichts als das bloße Minimum zur Realisierung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt: Insbesondere kann bei einer Modifikation der Hardware-Umgebung die Anzahl der Prozesse, VERBINDER, CD-HAND, RES-MAN, SP, usw. sehr viel höher sein und die Verbindungen zwischen ihnen können komplizierter sein.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 wird eine Hardware- Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung kurz veranschaulicht.
Eine solche Umgebung umfaßt zumindest einen Prozessor PROC-2 und ein Kommunikationsgerät CD, das mit dem Prozessor PROC-2 verbunden ist und das auf eine solche Weise programmiert ist, daß der Prozessor PROC-2 in der Lage ist, die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
In Fig. 1 ist eine kompliziertere Umgebung gezeigt, die eine Mehrzahl von Prozessoren PROC-1, PROC-2, PROC-3, PROC-4, ... PROC-N und das mit diesen Prozessoren verbundene Gerät CD zeigt. Diese Verbindungen können unterschiedlicher Art sein, beispielsweise ist die Verbindung mit PROC-1 seriell, die Verbindung mit PROC-2 eine parallele und die Verbindung mit den restlichen Prozessoren ist eine gemeinsame (geteilte) Bus-Verbindung. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist das Gerät CD durch die Verbindung eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff RAM mit einem Steuergerät QRC des in den vorstehend erwähnten Patentanmeldungen beschriebenen Typs realisiert.
Natürlich muß die Hardware-Umgebung, d. h. zumindest die verschiedenen Prozessoren auf eine solche Weise programmiert sein, daß alle Prozessoren die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung realisieren können.

Claims

1. Verfahren zum Bewerkstelligen des Informationsaustausches zwischen einem ersten Benutzerprozeß (P1) und einem zweiten Benutzerprozeß (P2) durch ein Kommunikationsgerät (CD), dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt:

a) Aktivieren eines System-Verbindungsprozesses (VERBINDER) mittels einer System-Software, der in der Lage ist, bei Empfang eines unmittelbar Hardwareimplementierten ersten Zeichenelements (SCHAFFE-VERBINDUNG) einen Kommunikationskanal in dem Gerät (CD) zwischen den Benutzerprozessen (P1, P2) aufzubauen, und

b) Aktivieren wenigstens eines System- Handhabungsprozesses (CD-HAND) mittels der System-Software, der in der Lage ist, bei Empfang eines unmittelbar Hardwareimplementierten zweiten Sendenachricht-Zeichenelements (SENDE-MSG) und eines unmittelbar Hardwareimplementierten dritten Wartenachricht-Zeichenelements (WARTE-MSG) Informationen von einem der Benutzerprozesse über den von in Gerät (CD) aufgebauten Kanal zu dem anderen Benutzerprozeß zu übermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt:

c) Aktivieren wenigstens eines System-Entscheiderprozesses (RES-MAN), der in der Lage ist, den gleichzeitigen Zugriff auf das Gerät (CD) durch die Systemprozesse zu steuern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Schritt b) in der Lage ist, einen ersten und einen zweiten Handhabungsprozeß (CD-HAND) zu aktivieren, und in dem bei Empfang des zweiten Zeichenelements durch den ersten Handhabungsprozeß und bei Empfang des dritten Zeichenelements durch den zweiten Handhabungsprozeß eine solche Übermittlung von Information auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Hochpegel-Zeichenelemente von den Benutzerprozessen gesendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsprozeß ausgelegt ist, Tiefpegel-Zeichenelemente betreffend eine Initialisierung und einem Test des Gerätes, einem Auslesen und einem Schreiben von Daten von und in das Gerät, einem Übertragen und einem Empfangen von Zeichengaben zu und von dem Gerät zu empfangen; und daß die Tiefpegel-Zeichenelemente im allgemeinen nicht durch einen Benutzerprozeß gesendet werden können.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte aus Sequenzen von in Maschinensprache codierten Befehlen bestehen, die in dem Speichermittel gespeichert sind.

7. Verarbeitungssystem, das zumindest einen Benutzerprozeß (P1) und einen zweiten Benutzerprozeß (P2), enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

a) einen System-Verbindungsprozeß (VERBINDER), der ausgelegt ist, bei Empfang eines ersten Hochpegel-Zeichenelements (SCHAFFE-VERBINDUNG) einen Kommunikationskanal in einem Kommunikationsgerät zwischen den Benutzerprozessen aufzubauen, und

b) wenigstens einen System-Handhabungsprozeß (CD-HAND), der in der Lage ist, bei Empfang eines zweiten Hochpegel- Sendenachricht-Zeichenelements (SENDE- MSG) und eines dritten Hochpegel-Wartenachricht-Zeichenelements (WARTE-MSG) Informationen von einem der Benutzerprozesse über das Kommunikationsgerät (CD) zu dem anderen Benutzerprozeß zu übermitteln;

in welchem alle diese Prozesse aktiv sind.

8. Verarbeitungssystem nach Anspruch 7, das einen ersten und einen zweiten Handhabungsprozeß (CD-HAND) umfaßt, die in der Lage sind, bei Empfang des zweiten Zeichenelements durch den ersten Handhabungsprozeß und bei Empfang des dritten Zeichenelements durch den Handhabungsprozeß Information zu übermitteln.

9. Verarbeitungssystem nach Anspruch 7, das ferner umfaßt:

c) einen System-Entscheiderprozesses (RES- MAN), der ausgelegt ist, den gleichzeitigen Zugriff auf das Kommunikationsgerät (CD) durch die Systemprozesse zu steuern;

in dem alle diese Prozesse aktiv sind.