JP2003050787A - マルチプロセッサ制御システム - Google Patents

マルチプロセッサ制御システム

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JP2003050787A
JP2003050787A JP2001238022A JP2001238022A JP2003050787A JP 2003050787 A JP2003050787 A JP 2003050787A JP 2001238022 A JP2001238022 A JP 2001238022A JP 2001238022 A JP2001238022 A JP 2001238022A JP 2003050787 A JP2003050787 A JP 2003050787A
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JP
Japan
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memory
local
bridge
access
shared
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Application number
JP2001238022A
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English (en)
Inventor
Masayuki Fukunaga
雅行 福永
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インターネットにおけるルータ等に適用して
好適な、高信頼性とハイパフォーマンスを実現できるマ
ルチプロセッサ制御システムを提供する。 【解決手段】 CPU1−1,…,1−n毎に独立した
ローカルブリッジ2−1,…,2−nと唯一のメモリブ
リッジ4を有する。この各プロセッサシステム毎のCP
UもしくはExternal busを介して外部装置から供給され
る信号(データ)は、そのローカルブリッジに一旦供給
され、その内部にて、ローカルメモリ3−1,…,3−
nに対するアクセスか、共有メモリ5に対するアクセス
かを判定される。その判定結果により、ローカルメモリ
に対するアクセスであればローカルメモリコントローラ
によってローカルメモリバス(Local bus)に合う形に変
換され、ローカルメモリにアクセスする。また、前記判
定結果が共有メモリに対するアクセスであれば、共通メ
モリバス(Common bus)に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチプロセッサ
構成において、パフォーマンス低下を抑えるマルチプロ
セッサ制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、単一プロセッサにおいて実行して
いた処理を能力向上するためにマルチプロセッサ構成を
とるシステムが一般化している。
【0003】例えば、特開平9−223120号公報に
は、マルチプロセッサシステムで、各プロセッサにメイ
ンメモリとブリッジが配置された構成が開示されてい
る。
【0004】また、特開2001−84171号公報に
は、各プロセッサにローカルメモリとブリッジを備え、
共有バスにはメインメモリとそのコントローラが接続さ
れた構成が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マルチ
プロセッサに対してメモリが共有メモリだけで構成され
る場合には共有メモリアクセスに対して待ちが発生する
ため、各プロセッサの数に対してパフォーマンス向上が
見られないという欠点があった。特に、回線からのデー
タを一旦メモリに蓄積し、そのデータをプロセッサで制
御するような処理が主であるルーティングプロトコル制
御装置などでは、マルチプロセッサにおいてパフォーマ
ンス低下を抑える方式が確立していなかった。
【0006】また、共有メモリを用いたマルチプロセッ
サシステムでは、プロセッサシステムの数nが増大する
と同一基板上に実装することが困難となるため共有メモ
リとプロセッサが基板として分離され、配線長が長くな
るといったことから、アクセスのためのクロック周波数
を落とさざるを得ないといった問題があり、さらにバス
競合によりさらにCPUパフォーマンスが低下するとい
う問題があった。
【0007】あるいは、マルチプロセッサ環境におい
て、共有メモリを有さない場合には、各プロセッサシス
テム間の情報共有手段がないため、処理分散するために
は外部にて、各プロセッサ単位にタスクを振り分ける専
用のタスクスケジューラが必要になる。
【0008】さらに、信頼性を向上するためにメモリの
冗長構成を取る方式も一般化していなかった。
【0009】そこで本発明は、インターネットにおける
ネットワーク装置であるルータ等に適用して好適な、高
信頼性とハイパフォーマンスを実現できるマルチプロセ
ッサ制御システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、n個のCPUからなるマルチプロセッサ
システムにおいて、各CPU及び外部インタフェースバ
ス(Eternal bus)が占有できる(他のプロセッサシステ
ムからアクセスできない)ローカルメモリ(LM)及び
そのコントローラ(ローカルブリッジ)を設けるととも
に、全プロセッサシステムで共有できる共有メモリ(C
M)及びそのコントローラ(メモリブリッジ)を設け、
ローカルメモリと共有メモリにそれぞれ異なるアドレス
空間を割り当て、各メモリに対するアクセスを分離する
ことを特徴とする。
【0011】メモリをローカルメモリと共有メモリに分
け、それぞれに対するアクセスを分離することで、ロー
カルメモリへのアクセスに対して、他のプロセッサシス
テムからのアクセスに影響されずに、ローカルからのア
クセスで占有できる。
【0012】また、同時に共有メモリを有することによ
りプロセッサ間で処理を分散する場合に、各プロセッサ
間共通の処理メモリ部をこの共有メモリに配置すること
でプロセッサ間の情報共有がメモリを通して可能にな
る。
【0013】従って、あるプロセッサの共有メモリアク
セスに対して、他のローカルメモリのアクセスが影響を
受けないため、各プロセッサの性能向上が計れるという
効果が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0015】図1を参照すると、本発明の一実施形態と
してのマルチプロセッサシステムの構成例が示されてい
る。本マルチプロセッサシステムは、CPU1−1,
…,1−n毎に独立したローカルブリッジ2−1,…,
2−nと唯一のメモリブリッジ4を有する。この各プロ
セッサシステム毎のCPUもしくはExternal busを介し
て外部装置から供給される信号(データ)は、そのロー
カルブリッジに一旦供給され、その内部にて、ローカル
メモリ3−1,…,3−nに対するアクセスか、共有メ
モリ5に対するアクセスかを判定される。その判定結果
により、ローカルメモリに対するアクセスであればロー
カルメモリコントローラによってローカルメモリバス(L
ocal bus)に合う形に変換され、ローカルメモリにアク
セスする。また、前記判定結果が共有メモリに対するア
クセスであれば、共通メモリバス(Common bus)に出力さ
れる。
【0016】図2はローカルブリッジの構成を示す。全
アドレスのうち、どの範囲をローカルメモリのアドレス
空間とし、どの範囲を共有メモリのアドレス空間とする
かを保持するアドレスレジスタ2aを有し、このアドレ
スレジスタ2aに保持されたデータと実際のアクセス
(CPUもしくはExternal busからのアクセス)を比較
してローカルメモリに対するバスを動作するか、Common
busを動作するかを決定する。
【0017】さらに、CPUとExternal busのアクセス
競合制御回路2bを有する。このアクセス競合制御回路
2bは、CPU及びExternal busとアクセス判定回路
(コンパレータ)2cと間に位置し、CPU及びExtern
al busからのリードもしくはライト信号を元にして競合
状態を各デバイスに供給するレディー信号で制御する。
また、ローカルブリッジ内のメモリコントローラ2dは
接続するメモリの種類によりメモリアクセス信号の生成
(DRAMであればRAS,CAS信号の生成やリフレ
ッシュサイクルの生成など)を行う。
【0018】図3はメモリブリッジの構成を示す。各ロ
ーカルブリッジからのリクエスト信号を調停するアービ
タ回路4aを有し、共有メモリにアクセスする唯一のデ
バイスを決定し、その該当デバイスに対するローカルブ
リッジに対してアクノーリッジ信号を返す。その後、メ
モリコントローラ2dは、実際のアクセスによるアドレ
ス、データ、リード/ライト信号等をメモリデバイスに
よるメモリアクセス信号に変換する。このメモリアクセ
ス信号に関する動作は前記ローカルブリッジ内のメモリ
コントローラと同様である。
【0019】以下、本実施の形態の動作につき具体例に
従って説明する。CPU及びExternal busからのメモリ
空間を0番地から999番地までとする。ここで、0番
地から899番地まではローカルメモリにアクセスする
空間とし、900番地から999番地まで共有メモリに
アクセスするための空間とする。
【0020】図2のアドレスレジスタ2aは、ローカル
メモリをアクセスする領域の開始番地と終了番地である
0及び899を保持し、かつ共有メモリをアクセスする
領域の開始番地と終了番地である900及び999を保
持する。このアドレス空間は各プロセッサ毎に独立して
設定できるが、メモリ容量は同一である。
【0021】一つのプロセッサシステムのCPU(例え
ば1−1)からのアクセスが0から899番地の範囲の
アドレスであれば、他のプロセッサシステムのCPU
(例えば1−2)のアクセスによってアクセスが待たさ
れることなく動作する。すなわち、他のプロセッサシス
テムのCPU(1−2)がそのローカルメモリ(3−
2)に対してアクセスしている場合、もしくは共有メモ
リ5にアクセスしている場合、いずれの場合にもCPU
(1−1)はローカルメモリ(3−1)に対して、最大
限のパフォーマンスでアクセスできる。
【0022】同様に外部デバイスからExternal busによ
ってアクセスする場合(例えば、このExternal busがPC
I busで外部デバイスがPCI busデバイス)にも、他のプ
ロセッサシステムのアクセス状況に関係なくローカルメ
モリにアクセスできる。ローカルメモリにアクセスする
CPUと外部デバイスが競合した場合にのみ、図2に示
した競合回路2bにより、アクセス調停によりどちらか
一方のアクセスを待たせる制御を行う。
【0023】次に、共有メモリ5にアクセスする場合に
は(前記の例では900番地から999番地までのアク
セス)、まずローカルブリッジ(例えば2−1)がメモ
リブリッジ5に対してリクエストを送信する。メモリブ
リッジ5は各ローカルブリッジからのリクエスト信号を
調停し、唯一のローカルブリッジ(2−1)を決定し、
そのローカルブリッジ(2−1)に対してアクノーリッ
ジ信号を返信する。その後、ローカルブリッジ(2−
1)からメモリアクセスに対するアドレス、データ、及
びリード/ライト等の信号をメモリブリッジ5に送信す
る。これに対して、メモリブリッジ5はメモリアクセス
のためのバス変換を行い、メモリアクセスを実行すると
共にローカルブリッジ(2−1)に対してレディー信号
を返信する。
【0024】次に、本発明の他の実施の形態として、そ
の基本構成を上記システムと同様としたシステムを二重
化した構成を図4に示す。すなわち、メモリブリッジに
冗長構成を行うためのバスを新たに用意し、図1で示し
た構成を1システムとみなして一方を運用系、他方を待
機系とした二重化構成(0系及び1系)をとる。
【0025】この二重化構成では、共有メモリの領域を
二重化エリアとして運用系から待機系共有メモリに対し
てメモリ二重化制御を行う。冗長構成をとるメモリブリ
ッジにて、運用系及び待機系の制御を行うと共に、共有
メモリエリアのアクセスに対して、運用系は自系に対す
るメモリアクセスを行うと共に、メモリライト動作であ
れば待機系の共有メモリに対しても同時書き込みを実行
できる(リード動作時には、待機系に対してはアクセス
しない)。何らかの障害発生時には、切り替え動作によ
り、待機系が新運用系として、それ以前の状態を引き継
ぎシステムの運用を継続する。これにより、より信頼性
の高いシステムを構築できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マルチ
プロセッサ環境において、ローカルメモリと共有メモリ
とを設け、それぞれのアドレス空間を分離することによ
りメモリアクセスに対する競合制御に関わるパフォーマ
ンス低下を抑えることを可能にする。
【0027】また本発明は、各プロセッサ固有のメモリ
領域であるローカルメモリとプロセッサ間で共有する共
有メモリとを物理的に分離し、各プロセッサ固有の処理
においてマルチプロセッサ構成を取ることによるプロセ
ッサ稼働率の低下を抑制すると共に、共有メモリにより
プロセッサ間の情報共有を容易に可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのマルチプロセッサ
システムの構成図である。
【図2】本発明によるローカルブリッジの構成図であ
る。
【図3】本発明によるメモリブリッジの構成図である。
【図4】本発明による二重化構成のマルチプロセッサシ
ステムの構成図である。
【符号の説明】
1−1,…,1−n プロセッサ(CPU) 2−1,…,2−n ローカルブリッジ 3−1,…,3−n ローカルメモリ(LM) 4 メモリブリッジ 5 共有メモリ(CM)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06F 15/177 682 G06F 15/177 682B

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチプロセッサ構成のシステムにおい
    て、 プロセッサ毎にそのプロセッサ部だけがアクセス可能な
    ローカルメモリと、 このローカルメモリを制御するローカルブリッジと、 各プロセッサ間で共有するデータを保持する共有メモリ
    と、 この共有メモリを制御するメモリブリッジとを備え、 前記ローカルメモリと共有メモリにそれぞれ異なるアド
    レス空間を割り当て、各メモリに対するアクセスを分離
    することを特徴とするマルチプロセッサ制御システム。
  2. 【請求項2】 前記ローカルブリッジは、ローカルメモ
    リバスと共有メモリバスに接続され、全アドレスのう
    ち、ローカルメモリに対するアドレス空間と、共有メモ
    リに対するアドレス空間とを異なるアドレスに割り当て
    て保持するアドレスレジスタを有することを特徴とする
    請求項1記載のマルチプロセッサ制御システム。
  3. 【請求項3】 前記ローカルブリッジは、前記ローカル
    メモリにアクセスするCPUとDMAデバイスの調停を
    行う競合制御回路を有することを特徴とする請求項1又
    は2記載のマルチプロセッサ制御システム。
  4. 【請求項4】 前記ローカルブリッジは、前記競合制御
    回路とアドレスレジスタとを比較する比較器を有し、 その比較結果に基づき前記ローカルメモリもしくは共有
    メモリのアクセスを実行することを可能とすることを特
    徴とする請求項3記載のマルチプロセッサ制御システ
    ム。
  5. 【請求項5】 前記ローカルブリッジは、前記メモリブ
    リッジ及び共有メモリに対するアクセスに対して、リク
    エスト信号を送信でき、アクノーリッジ信号を受けるこ
    とによりメモリアクセスに関する信号を送出できること
    を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のマル
    チプロセッサ制御システム。
  6. 【請求項6】 前記メモリブリッジは、複数の前記ロー
    カルブリッジからのリクエスト信号を調停し、唯一のロ
    ーカルブリッジを選択するためのアービタを内蔵するこ
    とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のマ
    ルチプロセッサ制御システム。
  7. 【請求項7】 前記メモリブリッジは、唯一のローカル
    ブリッジを決定するとアクノーリッジ信号をそのローカ
    ルブリッジに返信すると共に、ローカルブリッジからの
    メモリアクセス信号を共有メモリの種類によって信号の
    変換を行いアクセス制御できることを特徴とする請求項
    1ないし6のいずれかに記載のマルチプロセッサ制御シ
    ステム。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載のマ
    ルチプロセッサ制御システムを二重化した対と、 その対となるメモリブリッジを同期運転するための二重
    化バスとを備え、 一方のメモリブリッジ及び共有メモリを運用系、他方の
    メモリブリッジ及び共有メモリを待機系として制御を行
    うと共に、 運用系のメモリブリッジは、自系のメモリ読み出しを実
    行すると共に、書き込み時には自系及び待機系共有メモ
    リに対するアクセス権を有して書き込み動作が行えるこ
    とを特徴とするマルチプロセッサ制御システム。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63257051A (ja) * 1987-04-15 1988-10-24 Hitachi Ltd マルチコンピユ−タシステム
JPH02163848A (ja) * 1988-12-16 1990-06-25 Hitachi Ltd 共有メモリアドレス割当方法および情報処理システム
JPH02252028A (ja) * 1989-03-24 1990-10-09 Nec Corp 二重化制御方式
JPH08180030A (ja) * 1994-12-26 1996-07-12 Mitsubishi Electric Corp 複合計算機システムのメモリ装置
JP2001084171A (ja) * 1999-09-10 2001-03-30 Toshiba Corp 画像処理装置

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