JP4211659B2 - Multiprocessor structure and LAN emulator - Google Patents
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Description
この発明は、複数のCPUを連携して動作させるマルチプロセッサ構造に関する。 The present invention relates to a multiprocessor structure that operates a plurality of CPUs in cooperation.
複数のCPUを連携動作させるマルチプロセッサ構成として、密結合の構成(たとえば特許文献1)と疎結合の構成(たとえば特許文献2)がある。
密結合の構成としては、複数のCPUがバスおよびメモリを共有するもの、各CPUのバスをデュアルポートメモリで相互に接続するもの、各CPUのバス同士をI/Oポートで接続するものなどがある。密結合の利点は、CPU同時が非常に高速に通信することができるため、高度な並列処理が可能になることである。
As a multiprocessor configuration in which a plurality of CPUs operate in cooperation, there are a tightly coupled configuration (for example, Patent Document 1) and a loosely coupled configuration (for example, Patent Document 2).
Tightly coupled configurations include those in which a plurality of CPUs share a bus and memory, those in which each CPU bus is connected to each other with a dual port memory, and those in which each CPU bus is connected to each other through an I / O port. is there. The advantage of tight coupling is that highly parallel processing is possible because the CPUs can communicate at very high speed.
疎結合としては、それぞれ別々のコンピュータシステムをLANコントローラおよびPHY(物理層)コントローラを介して通信する。疎結合の利点は、安価に構成できることとソフト的な処理が容易であることなどである。
上記マルチプロセッサ構成のうち、密結合では、システム毎に独自の通信プロトコルを開発する必要があり、汎用性が少なく、開発コストが掛かるという問題点があった。一方、疎結合では、一般的なLANと同様に通信ボトルネックやバスの競合が生じ、通信速度が上がらないという問題点があった。 Among the multiprocessor configurations described above, the tight coupling requires the development of a unique communication protocol for each system, resulting in a problem of low versatility and high development costs. On the other hand, in the loose coupling, there is a problem that communication bottleneck and bus contention occur as in a general LAN, and the communication speed does not increase.
この発明は、安定した高速の相互通信が可能なマルチプロセッサ構造を安価に実現することを目的とする。 An object of the present invention is to realize a multiprocessor structure capable of stable high-speed mutual communication at low cost.
この発明は、プロセッサと、該プロセッサと通信し、データリンク層の処理を行うLANコントローラと、を含むプロセッサシステムにおいて、該LANコントローラと、他のプロセッサシステムのLANコントローラとを、配線基板上で物理層回路を介さずに直接クロス接続して、複数のプロセッサシステム間でLANを構築したことを特徴とする。 The present invention, in communication with the processor, and the processor, and a LAN controller for processing data link layer, the processor system comprising a said LAN controller, and a LAN controller of another processor system, physical wiring board It is characterized in that a LAN is constructed between a plurality of processor systems by directly cross-connecting not via a layer circuit.
この発明の前記複数のプロセッサシステムの少なくともいずれか1つは、複数のデータリンク層インタフェースと、1つのインタフェースから入力されたデータを他の1つのインタフェースから出力するデータ交換手段と、を有し、前記LANコントローラとして機能するLANエミュレータを前記プロセッサに実現させるプログラムを記憶する記憶手段を備え、前記LANエミュレータは、前記複数のデータリンク層インタフェースに各プロセッサシステムのプロセッサを物理層を介さずに接続することで、各プロセッサシステム間で接続されているLANコントローラに替えて、各プロセッサと通信することを特徴とすることを特徴とする。 At least one of the plurality of processor systems according to the present invention includes a plurality of data link layer interfaces, and data exchange means for outputting data input from one interface from another interface , Storage means for storing a program that causes the processor to implement a LAN emulator that functions as the LAN controller, and the LAN emulator connects a processor of each processor system to the plurality of data link layer interfaces without going through a physical layer Thus, instead of the LAN controller connected between the processor systems, the communication is performed with each processor .
この発明は、前記LANコントローラを含む前記プロセッサシステムにおいて、該LANコントローラは前記プロセッサに内蔵されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the processor system including the LAN controller, the LAN controller is built in the processor .
この発明によれば、配線基板上でLANを構築し、物理層(PHYコントローラやケーブル)を省略して相互に接続した。これにより、コネクタ、ファイチップなどの電気的なインタフェースを減らすことができ、疎結合によるマルチプロセッサ構造の小型化、省電力化を実現することができる。また、配線基板上であるため、配線インピーダンスを低くすることができ、疎結合でありながら高速のプロセッサ相互通信を実現することができる。 According to the present invention, the LAN is constructed on the wiring board, and the physical layers (PHY controller and cable) are omitted and connected to each other. Thereby, electrical interfaces such as connectors and phi chips can be reduced, and the multiprocessor structure can be reduced in size and power can be saved by loose coupling. Further, since it is on the wiring board, the wiring impedance can be lowered, and high-speed processor mutual communication can be realized while being loosely coupled.
また、疎結合であるLANは、密結合によるマルチプロセッサ構造に比べて、既存のハードウェアおよびソフトウェアが豊富であるため、これら既存の資源を活用してマルチプロセッサ構造を実現することができ、開発のための時間や費用を節約できる利点がある。 In addition, the loosely coupled LAN is rich in existing hardware and software compared to the tightly coupled multiprocessor structure, so it is possible to utilize these existing resources to realize the multiprocessor structure. There are advantages that can save time and money.
図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。図1(A)はこの発明の基本構成を示す図である。CPU10、20には、それぞれLANコントローラ11、21が接続されている。LANコントローラ11とLANコントローラ21は、相互にクロス接続されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A shows the basic configuration of the present invention.
LANの通信において、CPUは、第7層(アプリケーション層(OSI参照モデル))から第3層(ネットワーク層)までを管轄し、LANコントローラは、第2層(データリンク層)を管轄する。一般的にCPUとLANコントローラはTCP/IPプロトコルで通信する。LANコントローラは、Ethernet(登録商標)などの一般のLANに接続する場合には、物理層の処理を実行するPHYコントローラを介してLANケーブルに接続されるものである。 In LAN communication, the CPU is responsible for the seventh layer (application layer (OSI reference model)) to the third layer (network layer), and the LAN controller is responsible for the second layer (data link layer). In general, the CPU and the LAN controller communicate with each other using the TCP / IP protocol. When connecting to a general LAN such as Ethernet (registered trademark), the LAN controller is connected to the LAN cable via a PHY controller that executes physical layer processing.
LANコントローラ11、21は、LANコントローラ(メディア・インタフェース・チップ)とPHYコントローラ(ネットワーク・コントローラ・チップ)との標準的なプロトコルであるMII (Media Independent Interface)プロトコルでPHYコントローラと通信するものである。したがって、LANコントローラは、PHYコントローラ以外の相手でもMIIプロトコルで通信する機器であれば通信可能である。そこで、この実施形態では、一方のプロセッサの(MIIプロトコルで通信する)LANコントローラ11を、他方のプロセッサの(MIIプロトコルで通信する)LANコントローラ21に接続し、相互にMIIプロトコルで通信させるようにしている。物理層を省略したことにより、デジタルデータをシリアルのビット列に変換する必要がなく、配線回路基板上の安定した電気的条件で通信をすることが可能である。
The
上記構成において、CPU10およびCPU20は、一般のLANを介した通信と同様の手順で相互に通信することができ、通信プロトコルとして一般的なTCP/IPを用いて、自己のLANコントローラ11、21と通信することでプロセッサ間の通信を実現することができる。
In the above configuration, the
このように、この接続形態であれば、CPU10、11は、一般のLANと同様の処理で相互に通信をすることができ、この通信のために使用するハードウェアやソフトウェアも一般のLAN用の既存の資源を活用できるため、容易にマルチプロセッサシステムを構築でき、費用も低廉である。また、LANコントローラ同士をクロス配線で接続する1対1の通信であるため、輻輳が生じる余地がなく安定した通信が可能であり、一般のLANよりも実質的に高速な通信が可能である。また、ボード上で構成できるため、複数のプロセッサを一般のLANケーブルで接続する場合と異なり小型化が可能である。
As described above, in this connection form, the
図1(B)は、同図(A)におけるLANコントローラ11、21に代えて、LANエミュレータ12を設けた例を示している。このLANエミュレータ12は、CPU10、CPU20に対してはLANコントローラとして機能し、内部では相互のデータの交換を行う機能を備えたものである。CPU10およびCPU20が接続されるデータリンク層インタフェースを備えており、このインタフェースに接続されたCPU10、20と、TCP/IP等の一般のLANプロトコルで通信う。これにより、CPU10、CPU20では、既存のネットワークソフトウェア資源をそのまま利用することができる。LANエミュレータ内部ではCPU10側とCPU20側とのデータ交換はどのような手順で行ってもよく、物理層の制約がないため、極めて高速の通信を行うことも可能である。この場合でも、上記のようにCPU10、20においては、既存のLANの通信方式で相互に通信を行うことができる。
FIG. 1B shows an example in which a
なお、図1(A)、(B)では、説明を容易にするためにCPUおよびLANコントローラのみを示しているが、各CPUには、同図(C)に示すような構成のシステムが接続されている。このシステムでは、バス上にCPU10および1または複数のLANコントローラ11、15が接続されるほか、ROM13、RAM14、I/Oポート16が接続される。ROM13、RAM14は、CPU10が実行するプログラムやデータ等を記憶する。I/Oポート16には、操作パネルや表示器等が接続される。ROM13、RAM14が記憶するプログラムには、LANを介して他のCPUと通信するためのプログラムも含まれている。
In FIGS. 1A and 1B, only the CPU and the LAN controller are shown for ease of explanation, but a system configured as shown in FIG. 1C is connected to each CPU. Has been. In this system, a
また、図示のようにバス上に複数のLANコントローラ11、15を接続すると、一方のLANコントローラで同図(A)、(B)に示すようなマルチプロセッサを構成することができるとともに、他方のLANコントローラで一般のLAN(Ethernet(登録商標)など)に接続することができる。なお、一方のLANコントローラ11は、同図(B)のようにLANエミュレータ12としてもよい。
Further, when a plurality of
図2は、この発明の他の実施形態を示す図である。同図(A)に示すように、この実施形態では、LANコントローラを内蔵したCPUを用いてマルチプロセッサを構成している。組込用のCPUには、装置を小型化するためLANコントローラを内蔵したものが多く開発されている。このようなCPUを用いると、同図(A)に示すように、2つのCPU30、40に内蔵されているLANコントローラ31、41をクロス接続するのみで本発明のマルチプロセッサを構成することができる。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, in this embodiment, a multiprocessor is configured using a CPU incorporating a LAN controller. Many built-in CPUs have been developed that incorporate a LAN controller in order to reduce the size of the apparatus. When such a CPU is used, the multiprocessor of the present invention can be configured only by cross-connecting the
CPU30、40においては、汎用のTCP/IPの通信プログラム(ミドルウェア)を用いて通信制御すればよい。LANコントローラ31、41同士は、図1の実施形態と同様MIIプロトコルで通信する。したがって、図1に示した構成と同様に廉価に安定したプロセッサ間の通信を実現することができる。
The
なお、図2(A)では、説明を容易にするためにCPUおよびLANコントローラのみを示しているが、各CPUには、同図(B)に示すような構成のシステムが接続されている。このシステムでは、バス上にCPU30が接続されるほか、ROM33、RAM34、LANコントローラ35およびI/Oポート36が接続される。ROM33、RAM34は、CPU30が実行するプログラムやデータ等を記憶する。LANコントローラ35は、一般のLANに接続される。I/Oポート36には、操作パネルや表示器等が接続される。ROM33、RAM34が記憶するプログラムには、LANを介して他のCPUと通信するためのプログラムも含まれている。
In FIG. 2A, only the CPU and the LAN controller are shown for ease of explanation, but a system configured as shown in FIG. 2B is connected to each CPU. In this system, a
また、ルータ用のCPUのようにLANコントローラを複数内蔵したCPUも実用化されており、このようなCPUを用いた場合には、バス上にLANコントローラを設けなくても、CPU30′に内蔵されている第1のLANコントローラ31を用いて同図(A)のマルチプロセッサを構成し、第2のLANコントローラ32を外付けのPHYコントローラを介して一般のLANに接続するようにすればよい。
A CPU having a plurality of LAN controllers built therein, such as a CPU for a router, has been put into practical use. When such a CPU is used, it is built in the CPU 30 'without providing a LAN controller on the bus. The multi-processor shown in FIG. 5A is configured using the
図3(A)、(B)は、3以上のCPUをマルチプロセッサ接続する場合の構成例を示している。同図(A)では、スイッチングハブ42を介して複数のCPU10、20、30を接続している。このスイッチングハブ42は、一般のスイッチングハブから物理層の処理回路を除いたものであり、データリンク層のインタフェースを備えており、このインタフェースに接続された各CPUのLANコントローラ11、21、31とMIIプロトコルで通信する。各CPUとLANコントローラとはTCP/IPプロトコルで通信する。なお、LANコントローラ11、21を別に接続しているCPU10、20と、LANコントローラ31を内蔵しているCPU30とが混在しても差し支えない。
3A and 3B show configuration examples in the case where three or more CPUs are connected by a multiprocessor. In FIG. 2A, a plurality of
このようにこの実施形態では、物理層を省略したスイッチングハブ42を介して3以上のCPUを接続したことにより、既存のLAN用通信ソフトウェアを活用して廉価且つ安定した3以上のCPU間の相互通信を実現することができる。
As described above, in this embodiment, since three or more CPUs are connected via the switching
また、同図(B)は、LANエミュレータ53を介して3以上のCPUを接続した例を示している。
LANエミュレータ53は、3以上のLANコントローラ回路54とスイッチングハブ回路55を一体に備えている。各LANコントローラ回路54とスイッチングハブ回路55とは、物理層(PHYコントローラおよびケーブル,コネクタ類)を介さずに直接接続されている。各LANコントローラ回路55には、それぞれCPU50、51、52が接続されている。
FIG. 5B shows an example in which three or more CPUs are connected via the
The
このようにこの実施形態では、物理層を省略したLANコントローラ回路54とスイッチングハブ回路55を一体に備えたLANエミュレータ53を介して3以上のCPUを接続したことにより、既存のLAN用通信ソフトウェアを活用して廉価且つ安定した3以上のCPU間の相互通信を実現することができる。
As described above, in this embodiment, since three or more CPUs are connected via the
10、20、30、40、50、51、52…CPU
11、15、21、31、32、41…LANコントローラ
12、53…LANエミュレータ
42…スイッチングハブ
54…LANコントローラ回路
55…スイッチングハブ回路
10, 20, 30, 40, 50, 51, 52 ... CPU
11, 15, 21, 31, 32, 41 ...
Claims (3)
複数のデータリンク層インタフェースと、1つのインタフェースから入力されたデータを他の1つのインタフェースから出力するデータ交換手段と、を有し、前記LANコントローラとして機能するLANエミュレータを前記プロセッサに実現させるプログラムを記憶する記憶手段を備え、
前記LANエミュレータは、前記複数のデータリンク層インタフェースに各プロセッサシステムのプロセッサを物理層を介さずに接続することで、各プロセッサシステム間で接続されているLANコントローラに替えて、各プロセッサと通信することを特徴とする請求項1に記載のマルチプロセッサ構造。 At least one of the plurality of processor systems is:
A program for causing the processor to implement a LAN emulator functioning as the LAN controller, comprising : a plurality of data link layer interfaces; and data exchange means for outputting data input from one interface from the other interface. Storage means for storing,
The LAN emulator communicates with each processor in place of the LAN controller connected between the processor systems by connecting the processors of each processor system to the plurality of data link layer interfaces without passing through the physical layer. The multiprocessor structure according to claim 1, wherein:
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