JPWO2005066805A1 - 共通メモリアクセス方法及びそれを用いたマルチプロセッサ・システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、従来の共有メモリ型マルチプロセッサ・システムの一例の構成図を示す。同図中、n枚のプロセッサカード101a〜101nと、共通メモリカード104,105と、バス制御カード106,107は、グローバルバス108によってマルチ形態で接続される。
冗長構成の共通メモリカード104,105には、各プロセッサカードが共有する同一の情報が格納される。また、バス制御カード106,107は各プロセッサが共通メモリアクセスのために使用するグローバルバスの調停を行う機能を具備する。複数のプロセッサカード101a〜101nは処理要求を実行する中で、共通メモリカード104,105上にある共有資源を更新する。
図1に示すような共有メモリ型マルチプロセッサ・システムのように、プロセッサカードと共通メモリカードをマルチ形態のパラレルバスで接続したシステムでは、処理能力を向上させる1つの施策として、プロセッサカードの増設を考えた場合、バスの接続負荷増加により信号品質が劣化するために、プロセッサカードの増設に限界が出てくるという問題があった。
また、別の施策として、バスのスループットを上げる方法があるが、接続されるカードの処理能力の限界と、バスのプロトコルの制限、バスの接続数が多い等の問題からスループット向上にも限界が出てくる。
更には、共通メモリへのアクセスルートを複数のプロセッサカードにマルチ形態で接続するため、ある一つのプロセッサカードの故障等でバスをスタックさせた場合、他にプロセッサカードからは一切共通メモリにアクセスする事ができなくなるという問題があった。
つまり、従来技術では処理能力が要求されるマルチプロセッサ・システムにおいて、必然的に処理能力向上に限界が出てくること、及び一つのプロセッサカードの障害状態によっては他のプロセッサカードの動作にも影響が出てくることが問題となる。
この目的を達成するため、本発明は、複数のプロセッサカードそれぞれから運用系/待機系の冗長構成をとる共通メモリカードにアクセスする共通メモリアクセス方法において、各プロセッサカードと運用系共通メモリカード及び待機系共通メモリカード間をシリアルバスで1対1に接続してポイント・ツー・ポイント伝送を行うよう構成する。
このような中継方法によれば、信号品質の劣化なくプロセッサカードを増設でき、1つのプロセッサカードの故障により共通メモリカードとの接続ルートがスタックした場合に他のプロセッサカードに影響を与えることなく共通メモリへのアクセスが可能となる。
図2は、本発明のマルチプロセッサ・システムの一実施形態の構成図である。
図3は、運用系/待機系共通メモリカードでコマンド処理を引継ぐ方法を説明するための図である。
図4は、間欠故障からの転送データ救済方法を説明するための図である。
図5は、プロセッサカードの一実施形態の詳細な構成図である。
図6は、コマンドのフォーマットを示す図である。
図7は、レスポンスのフォーマットを示す図である。
図8は、待機系共通メモリカードの一実施形態の詳細な構成図である。
図9は、運用系共通メモリカードの一実施形態の詳細な構成図である。
図10は、共通メモリカード間のレスポンスのフォーマット図である。
図11は、従来構成と本発明構成とを比較するための図である。
図2は、本発明のマルチプロセッサ・システムの一実施形態の構成図を示す。同図中、プロセッサカード301a〜301nそれぞれと共通メモリカード304,305それぞれの間はシリアルバス306により1対1(ポイント・ツー・ポイント形態)接続されている。また、各プロセッサカードからの共通メモリへのアクセス状態をモニタするため、共通メモリカード304,305とバス制御カード309,310との間をモニタ用バス307,308で接続する。
共通メモリカード304,305は運用系/待機系の冗長構成を取っており、運用系共通メモリカード障害時に待機系共通メモリカードに運用状態を引継いで各プロセッサカードの処理を継続させる必要がある。
プロセッサカード301a〜301nからの共通メモリアクセスコマンドの処理未完了の状態での運用系共通メモリカード304の障害時にも未処理コマンドを引き継ぐため、プロセッサカード301a〜301nにコマンド再送部311を設けるか、もしくは、共通メモリカード304,305に待機系状態時にのみ動作するレスポンス応答監視部312を設ける。
シリアルバス306を用いプロセッサカードと共通メモリカードをポイント・ツー・ポイント形態で接続しシリアル高速伝送を行った場合、高速伝送される転送データの一部が欠落する間欠故障を生じるおそれがあり、間欠故障から転送データを救済することが必要となる。この間欠故障からの転送データ救済のために、プロセッサカード301a〜301nにコマンドナンバーチェック再送部313を新設した上で共通メモリカード304,305に運用系状態時のみ動作するコマンドナンバーチェック再送部314を設けるか、もしくは、共通メモリカード304,305に待機系状態時にのみ動作するレスポンスナンバーチェック部315を設ける。なお、コマンドナンバーチェック再送部313は運用系/待機系に対応して2回路設けられている。
また、共通メモリカード304,305には、冗長構成からなる共通メモリカードの動作状態を決定する系判定部316,317が設けられている。プロセッサカード301a〜301nそれぞれの系選択部318は、前記系判定部316,317からの共通メモリの動作状態運用/待機通知により、共通メモリカード304,305からのレスポンス受信の選択を行う。
ここで、運用系/待機系共通メモリカード304,305でプロセッサカードから供給されるコマンド処理を引継ぐ方法について、図3を用いて説明する。同図中、シリアルバス306により1対1でプロセッサカード301aと接続された運用系共通メモリカード304と待機系共通メモリカード305は、各プロセッサカードで共有する情報について常に一致したデータを保存し、カード故障時にはいつでも待機系共通メモリカード305にプロセッサカード301aからのコマンド処理を引き継ぐ必要がある。
プロセッサカード301aは通常、共通メモリカードにアクセスする際にアクセスコマンドをコマンド再送部311内のFIFO等に格納する。このアクセスコマンドは運用系共通メモリカード304、及び待機系共通メモリカード305へ転送される(図中、丸付き数字1の矢印で示す)。
通常、運用系共通メモリカード304からコマンド処理結果としてレスポンスを行う(丸付き数字2の矢印)。プロセッサカード301a内のコマンド再送部311では格納したコマンドに対しレスポンスの有無をチェックし、レスポンスがあれば格納したコマンドを破棄する。
運用系共通メモリカード304がコマンド未処理の状態で故障した際、レスポンスができなくなり、プロセッサカード301a内のコマンド再送部311では、所定時間内に格納しているコマンドに対しレスポンスが無くなる。このとき、コマンド再送部311は、格納しているコマンドを再度読出し、運用系/待機系共通メモリカード304,305に再送する。
一方、待機系共通メモリカード305は、通常プロセッサカード301bから供給されるコマンドについては破棄し、運用系共通メモリカード304の故障により、待機系共通メモリカード305が運用系状態で動作開始するときにプロセッサカード301aから再送されるコマンドから処理を開始することで処理を継続させる(丸付き数字4の矢印)。
運用系/待機系共通メモリカード304,305でプロセッサカードから供給されるコマンド処理を引継ぐため、待機系共通メモリカードに搭載したレスポンス応答監視部312を使用する方法を説明する。
待機系共通メモリカード305は、通常時には、各プロセッサカードからのアクセスコマンドをFIFO320に格納するのみで、共通メモリ322へのアクセスは行わない。レスポンス応答監視部312ではFIFO320に格納したコマンドに対し、運用系共通メモリカード304から供給されるレスポンス(丸付き数字3の矢印)の有無をチェックし、レスポンスがある場合FIFO320に格納したコマンドを破棄していく。
運用系メモリカード304の故障時には、所定時間内に運用系メモリカード304からのレスポンスがなくなり、FIFO320に格納したコマンドに対しレスポンスが無くなり、待機系共通メモリカード305が運用系状態となって動作開始する時に、FIFO320に格納されているコマンドから処理を開始することで引継ぎが可能となる(丸付き数字4の矢印)。
次に、間欠故障からの転送データ救済方法について図4を用いて説明する。同図中、シリアルバスによる伝送区間は、プロセッサカード301aと共通メモリカード304,305間のシリアルバス306と、共通メモリカード304,305の系間のシリアルバス330である。
プロセッサカード301aからのコマンド出力時にシリアルバス306で間欠故障が発生した場合に備え、プロセッサカード301aではコマンドナンバーチェック再送部313にて出力するコマンドにナンバーを付与すると同時に内部FIFOにもコマンドを格納しておく(図中、丸付き数字1の矢印で示す)。
一方、共通メモリカード304内では、各プロセッサカード毎に、予めコマンドの受信数をコマンドナンバーチェック部331にてカウントしておき、コマンドナンバーチェック部331で受信したコマンドのナンバーとカウント値が一致しているかをチェックし、合致した場合のみアクセス調停部332へ取り込む。これと同時に最後に受信したコマンドのコマンドナンバーのみを付与したレスポンス(図7(C)に示すフォーマット)をプロセッサカード301aに返送する(丸付き数字2の矢印)。
なお、アクセス調停部332の調停により選択されたコマンドが共通メモリ322に供給されて、共通メモリ322がアクセスされる。
プロセッサカード301aでは共通メモリカード304から返送されたコマンドナンバーと内部FIFOに格納されているコマンドのコマンドナンバーが一致した場合のみ、格納されているコマンドを破棄する。
プロセッサカード301aは、プロセッサカードとメモリカード間の1往復分のデータ転送時間である一定時間内にコマンドナンバーが一致するレスポンスを得られない場合、内部FIFOに格納されている全てのコマンドを先頭から順に再送する(丸付き数字3の矢印)。
これにより、プロセッサカード301aと共通メモリカード304間のシリアルバス306の伝送区間にて間欠故障が発生した場合に、コマンドを再送することにより転送データの救済が可能となる。
もう一つの伝送区間である共通メモリカード304,305の系間のシリアルバス330において、運用系共通メモリカード304のレスポンス監視のために待機系共通メモリカード305に出力されるレスポンス伝送時に間欠故障が発生した場合に備え、プロセッサカードに備えるコマンドナンバーチェック再送部313と同等機能であるレスポンスナンバーチェック再送部314を運用系共通メモリカード304に設け、待機系共通メモリカード305には、コマンドナンバーチェック部331と同等機能であるレスポンスナンバーチェック部315を設ける。
レスポンス伝送についても前記プロセッサカードと共通メモリカード間と同等の制御を行うことにより、シリアルバス330における間欠故障発生時の転送データの救済が可能となる。
即ち、運用系共通メモリカード304ではレスポンスナンバーチェック再送部314にて出力するレスポンスにナンバーを付与すると同時に内部FIFOにもレスポンスを格納しておく(丸付き数字4の矢印)。
一方、待機系共通メモリカード305内では、予めレスポンスの受信数をレスポンスナンバーチェック部315にてカウントしておき、レスポンスナンバーチェック部315で受信したレスポンスのナンバーとカウント値が一致しているかをチェックし、合致した場合のみアクセス調停部333へ取り込む。これと同時に、最後に受信したレスポンスのレスポンスナンバーのみを付与したレスポンス(図10(B)に示すフォーマット)を運用系共通メモリカード304に返送する(丸付き数字5の矢印)。
なお、アクセス調停部333の調停により選択されたレスポンスが共通メモリ323に供給されて、共通メモリ323が更新される。
運用系共通メモリカード304では、共通メモリカード304から返送されたレスポンスナンバーとレスポンスナンバーチェック再送部314の内部FIFOに格納されているレスポンスのレスポンスナンバーが一致した場合のみ、格納されているレスポンスを破棄する。
運用系共通メモリカード304は、メモリカード間の1往復分のデータ転送時間である一定時間内にレスポンスナンバーが一致しない場合、内部FIFOに格納されている全てのレスポンスを先頭から順に再送する(丸付き数字6の矢印)。
これにより、運用系共通メモリカード304と待機系共通メモリカード305間のシリアルバス330の伝送区間にて間欠故障が発生した場合に、コマンドを再送することにより転送データの救済が可能となる。
図5は、プロセッサカード301a〜301nの一実施形態の詳細な構成図を示す。同図中、コマンド再送部311は、バスブリッジ400からセレクタ401にコマンドを出力する第1ルートの他に、バスブリッジ400からのコマンドを格納するFIFO402と、共通メモリカードからのレスポンスの有無をチェックするコマンドチェック部403の制御によりFIFO402からセレクタ401へコマンドを再送する第2ルートを設けている。コマンドチェック部403は、通常、セレクタ401に第1ルートを選択させ、レスポンスが無いときセレクタ401に第2ルートを選択させる。
コマンドナンバーチェック再送部313は、コマンド再送部311にて選択された送出コマンドにコマンドナンバーを生成して付与するコマンドナンバー生成部410と、送信コマンドを一時的に格納するFIFO411と、共通メモリカードからのレスポンスに含まれるコマンドナンバーの一致をチェックするコマンドナンバーチェック部412と、このチェックした結果から一致の場合コマンドナンバー生成部410の出力するコマンドを選択し、不一致の場合FIFO411の出力するコマンドを選択して出力する送信コマンド選択部412から構成されている。
図6にコマンドのフォーマットを示す。図6(A)はライトアクセス時のコマンドフォーマットを示し、コマンドナンバー、制御情報、アドレス、データからなる。図6(B)はリードアクセス時のコマンドフォーマットを示し、コマンドナンバー、制御情報、アドレスからなる。
図7にレスポンスのフォーマットを示す。図7(A)は運用系共通メモリカード304のライトアクセスに対するレスポンスフォーマットを示し、コマンドナンバー、制御情報、アドレスからなる。図7(B)は運用系共通メモリカード304のリードアクセスに対するレスポンスフォーマットを示し、コマンドナンバー、制御情報、アドレス、データからなる。図7(C)は待機系共通メモリカード305のコマンドナンバー返送時のレスポンスフォーマットを示し、コマンドナンバー、制御情報からなる。
図8は、待機系共通メモリカード305の一実施形態の詳細な構成図を示す。同図中、レスポンス応答監視部312は、FIFO320に格納したコマンドに対し、運用系共通メモリカード304から供給されるレスポンスの有無をチェックし、レスポンスがある場合FIFO320に格納したコマンドを破棄する。上記レスポンスが無い場合、待機系共通メモリカード305が運用系状態となって動作開始する時に、FIFO320に格納されているコマンドを共通メモリ323に供給する。
レスポンスナンバーチェック部315は、予めレスポンスの受信数をカウントしておき、レスポンスナンバーチェック部315で受信したレスポンスのナンバーとカウント値が一致しているかをチェックし、合致した場合のみアクセス調停部333へ取り込む。これと同時に最後に受信したレスポンスのレスポンスナンバーを付与したレスポンスを運用系共通メモリカード304に返送する。
図9は、運用系共通メモリカード304の一実施形態の詳細な構成図を示す。同図中、コマンドナンバーチェック部331は、予めコマンドの受信数をカウントしておき、コマンドナンバーチェック部331で受信したコマンドのナンバーとカウント値が一致しているかをチェックし、合致した場合のみアクセス調停部332へ取り込む。これと同時に最後に受信したコマンドのコマンドナンバーをレスポンスナンバーとして付与したレスポンスをプロセッサカード301aに返送する。
レスポンスナンバーチェック再送部314は、コマンドナンバーチェック部331の出力するレスポンスにレスポンスナンバーを生成して付与するレスポンスナンバー生成部420と、送信レスポンスを一時的に格納するFIFO421と、待機系共通メモリカード305からのレスポンスに含まれるレスポンスナンバーの一致をチェックするレスポンスナンバーチェック部422と、このチェックした結果から一致の場合レスポンスナンバー生成部420の出力するレスポンスを選択し、不一致の場合FIFO421の出力するレスポンスを選択して出力する選択部422から構成されている。
図10(A)は運用系共通メモリカード304から待機系共通メモリカード305に対しライトアクセスする時のレスポンスのフォーマットを示し、レスポンスナンバー、制御情報、アドレス、データからなる。図10(B)は待機系共通メモリカード305から運用系共通メモリカード304に対しリードアクセスする時のレスポンスのフォーマットを示し、レスポンスナンバー、制御情報からなる。
ここで、本発明の一実施例について説明する。
プロセッサカード1枚の転送速度でみると、従来のパラレルバスで接続したシステムは2.9Gbpsであるのに対し、本発明のシリアルバスで接続したシステムは2.1Gbpsである。しかし、本発明のシリアルバスによるポイント・ツー・ポイント形態の接続を行うシステムでは、従来構成で必要であったバス権獲得の待ち合わせ時間が不要となるため、複数のプロセッサカードが同時刻に共通メモリカードにアクセスできるため、システム全体の瞬間的な転送速度は、図11に示すように従来構成に対して約14倍に向上する。
図11の第1行に従来構成を示し、第2行に本発明構成を示す。従来構成におけるバスのビット数87の内訳は、アドレス線30ビット、データ線32ビット、制御線25ビットである。また、本発明構成における転送速度2.1Gbpsは、シリアルバス自体の転送速度としては2.66Gbpsであるが、これはシリアル転送制御(全体の20%)も含めた値であるため、シリアル転送制御の分を除いている。また、本発明構成におけるバス数20は、プロセッサカード20枚を搭載した場合を示している。
このように、本発明によれば、プロセッサカードと共通メモリカードをシリアルバスによりポイント・ツー・ポイント形態で接続するため、プロセッサカードの増設により信号品質の劣化が生じることがない。また、他プロセッサカードの接続によるバス擾乱等の影響を与えることがなく、システム電源投入状態でプロセッサカードを容易に増設できる。
また、運用系共通メモリカードの故障により、運用系/待機系の切替えが必要となった場合、コマンド処理状態に拘わらず切り替えを行うことができ、プロセッサカードの制御ソフトウェアは切り替えを意識することなく処理を継続することができる。
また、1つのプロセッサカードの故障により共通メモリカードとの接続ルートがスタックした場合でも、他のプロセッサカードに影響を与えることなく共通メモリへのアクセスが可能となる。
更に、各プロセッサカードと共通メモリカードと運用系/待機系共通メモリカード間、及び運用系共通メモリカードと待機系共通メモリカード間のポイント・ツー・ポイント伝送区間にて間欠故障が発生した場合でも、転送データの救済が可能となる。
なお、FIFO402,320が請求項記載のコマンド保持手段に対応し、コマンド再送部311がコマンド再送手段に対応し、レスポンス返送監視部312がレスポンス監視手段に対応し、コマンドナンバーチェック部331がコマンドナンバーチェック手段に対応し、コマンドナンバーチェック再送部313がコマンドナンバーチェック再送手段に対応し、FIFO421がレスポンス保持手段に対応し、レスポンスナンバーチェック部315がレスポンスナンバーチェック手段に対応し、レスポンスナンバーチェック再送部314がレスポンスナンバーチェック再送手段に対応する。
Claims (10)
- 複数のプロセッサカードそれぞれから運用系/待機系の冗長構成をとる共通メモリカードをアクセスする共通メモリアクセス方法において、
各プロセッサカードと運用系共通メモリカード及び待機系共通メモリカード間をシリアルバスで1対1に接続してポイント・ツー・ポイント伝送を行う共通メモリアクセス方法。 - 請求項1記載の共通メモリアクセス方法において、
各プロセッサカードに、前記運用系及び待機系共通メモリカードに供給するコマンドを保持し、
前記運用系共通メモリカードから前記コマンドに対するレスポンスがあるとき保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記保持されているコマンドを前記運用系及び待機系共通メモリカードに再送する共通メモリアクセス方法。 - 請求項1記載の共通メモリアクセス方法において、
前記待機系共通メモリカードに、前記各プロセッサカードから供給されるコマンドを保持し、
前記運用系共通メモリカードから前記コマンドに対するレスポンスがあるとき保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記保持されているコマンドから処理を開始する共通メモリアクセス方法。 - 請求項1,2,3のいずれか記載の共通メモリアクセス方法において、
各プロセッサカードに、コマンドナンバーを付加して前記運用系及び待機系共通メモリカードに供給するコマンドを保持し、
前記運用系共通メモリカードは、各プロセッサカードから供給されるコマンドのコマンドナンバーをチェックして合致したときに前記コマンドに対するレスポンスを返送し、
各プロセッサカードは、前記運用系共通メモリカードから前記コマンドナンバーを付加した前記コマンドに対するレスポンスがあるとき保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記保持されているコマンドナンバーを付加したコマンドを前記運用系及び待機系共通メモリカードに再送する共通メモリアクセス方法。 - 請求項1,2,3のいずれか記載の共通メモリアクセス方法において、
前記運用系共通メモリカードに、レスポンスナンバーを付加して前記待機系共通メモリカードに供給するレスポンスを保持し、
前記待機系共通メモリカードは、運用系共通メモリカードから供給されるレスポンスのレスポンスナンバーをチェックして合致したときに前記レスポンスに対するレスポンスを返送し、
前記運用系共通メモリカードは、前記待機系共通メモリカードから前記レスポンスに対するレスポンスがあるとき保持されているレスポンスを破棄し、前記レスポンスに対するレスポンスがないとき前記保持されているレスポンスナンバーを付加したレスポンスを前記待機系共通メモリカードに再送する共通メモリアクセス方法。 - 複数のプロセッサカードそれぞれから運用系/待機系の冗長構成をとる共通メモリカードをアクセスするマルチプロセッサ・システムにおいて、
各プロセッサカードと運用系共通メモリカード及び待機系共通メモリカード間をシリアルバスで1対1に接続してポイント・ツー・ポイント伝送を行うマルチプロセッサ・システム。 - 請求項6記載のマルチプロセッサ・システムにおいて、
各プロセッサカードに、前記運用系及び待機系共通メモリカードに供給するコマンドを保持するコマンド保持手段と、
前記運用系共通メモリカードから前記コマンドに対するレスポンスがあるとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドを前記運用系及び待機系共通メモリカードに再送するコマンド再送手段を
有するマルチプロセッサ・システム。 - 請求項6記載のマルチプロセッサ・システムにおいて、
前記待機系共通メモリカードに、前記各プロセッサカードから供給されるコマンドを保持するコマンド保持手段と、
前記運用系共通メモリカードから前記コマンドに対するレスポンスがあるとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドから処理を開始するレスポンス監視手段を
有するマルチプロセッサ・システム。 - 請求項6,7,8のいずれか記載のマルチプロセッサ・システムにおいて、
各プロセッサカードに、コマンドナンバーを付加して前記運用系及び待機系共通メモリカードに供給するコマンドを保持するコマンド保持手段と、
前記運用系共通メモリカードから前記コマンドナンバーを付加した前記コマンドに対するレスポンスがあるとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドを破棄し、前記レスポンスがないとき前記コマンド保持手段に保持されているコマンドナンバーを付加したコマンドを前記運用系及び待機系共通メモリカードに再送するコマンドナンバーチェック再送手段を有し、
前記運用系共通メモリカードに、各プロセッサカードから供給されるコマンドのコマンドナンバーをチェックして合致したときに前記コマンドに対するレスポンスを返送するコマンドナンバーチェック手段を有するマルチプロセッサ・システム。 - 請求項6,7,8のいずれか記載のマルチプロセッサ・システムにおいて、
前記運用系共通メモリカードに、レスポンスナンバーを付加して前記待機系共通メモリカードに供給するレスポンスを保持するレスポンス保持手段と、
前記待機系共通メモリカードから前記レスポンスに対するレスポンスがあるとき前記レスポンス保持手段に保持されているレスポンスを破棄し、前記レスポンスに対するレスポンスがないとき前記レスポンス保持手段に保持されているレスポンスナンバーを付加したレスポンスを前記待機系共通メモリカードに再送するレスポンスナンバーチェック再送手段を有し、
前記待機系共通メモリカードに、運用系共通メモリカードから供給されるレスポンスのレスポンスナンバーをチェックして合致したときに前記レスポンスに対するレスポンスを返送するレスポンスナンバーチェック手段を有するマルチプロセッサ・システム。
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