TW380226B - Using intelligent bridges with pico-code to improve interrupt response - Google Patents

Description

A7 ________B7 五、發明説明^ 發明背景 1 ·爱範圍 本發明與電腦系統相關，特別與降低輸入/輪出操作有 關的中斷延遲的方法、裝置有關。 2 · iLM技術說明 圖1顯示的是傳統的電腦系統丨〇，其包括一個或多個中 央處理單元（CPUs)12a、12b、12c ; —個處理單元用以 執仃程式指令的主記憶體單元i 4 (像是隨機存取記憶體或 Ram); —個或多個輸入/輸出單元16£1、16b、i6c，像 是顯示器、鍵盤、指示裝置（滑鼠）、以及一個儲存電腦操 作系統與使用者程式的永久性記憶裝置（像是硬碟或軟 碟）。電腦系統1 0可以有其他此處並未顯示的組件，像是 連線至m0dem與印表機所用的串列埠及平行埠。熟悉本技 術的人都了解其他組件亦能與圖丨構造圖中的组件搭配使 用。比方說，顯示適配器可以與影像顯示監視器搭配使 用；記憶體控制器可以與記憶體1 4搭配使用。此外，處理 單元1 2 a、I 2 b、1 2 c亦可包括幾個組件，像是處理器磁芯 (包括了各式暫存器及邏輯單元）' 一個或數個記憶體快取 器，以及一個匯流排介面。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ml n^— fm n HI I m V -"-a 先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) . 早期的電腦系統其處理單元以一個單一的匯流排系統18 與其他裝置進行通信，稍後則提供第二個輸入/輸出匯流 排2 0來減低該系統的負荷。匯流排2 〇與各式輸入/輸出裝 置1 6 a、1 6 b ; 1 6 c連線’並經由r匯流排電橋2 2與系統匯流 排1 8連線。只要是能夠與上述各式輸入/輸出裝置以及區 -4 - '本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ 域網路（LAN)等適配器其他裝置互連的匯流排，都可做為 輸入/輸出匯流排2 0。匯流排標準包括！ s A (工業標準建構） 匯泥排、E I S A (延伸的工業標準建構）匯流排、以及 PCI(周邊組件互連）匯流排。各式系統裝置亦能裝配其他 I置來相互通信，像是可以使裝置藉由繞道處理單元與其 他系統直接通信的記憶體存取（D M A)通道。 進行輸入/輸出操作時，各式輸入/輸出裝置（或控制這 些裝置的軟體裝置驅動器）可以發出"中斷"信號，使處理單 兀中止目前的程序並儲存目前的狀態，然後將控制權暫時 轉移至特殊的常式’像是可以執行一組預定指令以處理中 斷原因的中斷處理器。於正常裝置操作期間或是不正常（預 料不到）的環境下（比方像，，例外excepti〇n，,），都會產生，，中 斷••的狀況。處理器可以從不同來源接收多重中斷；此時會 以一组中斷優先序來判定信號處理的先後順序。中斷信號 處理之後’控制權歸回處理單元正在執行的程序。 目前電腦系統可以藉由許多先進的技術來提高操作速 度’像是增加快取器的尺寸與複雜性。由於其他問題，像 是輸入/輸出的操作頻率等，並無法以操作速度解決所有 難題。輸入/輸出操作中減緩系統速度的兩個組件為中斷 處理延遲以及輸入/輪出匯流排相對慢速操作。比方說， 即使在33MHz的速率下運行的p c〗匯流排，”寫入，，操作平 均要用180 ns才能完成。這相當於2〇〇 mHz的處理器上的 3 4個指令。這個速率隨著分級的匯流排結構與分布的輸入 /輪出裝置而增大。此外，由於通信線路及裝置的速度提 -5- 本紙張尺 I J . I I Α I ** 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _______B7_ 五、發明説明（3 ) 高，新的適配卡亦要求系統必須縮短其中斷延遲。不過， 分級匯流排結構亦加大了這個問題。 為了處理與輸入/輸出操作相關連的延遲問題，邻八啦 腦系統新增特殊硬體來處理主處理單元外的中斯處理。2 方說，International Business Machines Corp.所銷隹的 as /400計算系統採用輸入/輸出處理器（I〇p)將中斷處理移 近輸入/輸出裝置。描述在美國第5,548,73〇專利中的設計 使用一種包括了全微處理器及其支援功能（記憶體控制、匯 流排控制）的智慧型電橋。這種設計需要附加非揮發性及揮 發性記憶體’以啟動處理器及執行功能碼，因此較為昂 貴。 美國第5,555,430專利揭露另一種設計，其中對稱多重處 理（S Μ P)系統的中斷係轉送至與處理單元，及與輸入/輸 出裝置直接接合的中央中斷控制單元。此時系統只能將中 斷轉送至執行最低優先序工作的處理器，因此並未完全處 理中斷延遲的問題。請參照美國專利號碼5,495,615， 5,53 0,89 1 ’ 5,555,420。這些專利皆處理中斷的智慧型轉 送，但不涉及服務問題。 美國專利號碼5,473,763的設計，係以較為進步的方式來 處理”中斷"。根據這種與本發明最為接近的方法，其中斷 向量直接載至位址暫存器以降低處理”中斷"所造成的架 2 °位址暫存器係位於主處理器群—部分的”流線形信號處 理器”。與前一個方法一樣，提供這種可以儲存資料的處理 器較為昂貴。此外，由於無法刼對多重匯流排系統而擴 充，因此提供一處理器以作為主cpu群一部分其限制較 -6- 本纸張尺度賴中家標準（CNS ) A4規格（21Qx 297公黎 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 多，也會有輸入/輸出延遲的相關問題。 般而δ ’上述解決方法不僅會增加成本及複雜性，亦 會因需要有兩個處理器之溝通而增加了服務的反應時間。 因此研發可以降低與服務中斷相關的處理器工作負荷以降 低中斷服務延遲也就勢在必行。如果能以低於全輸入/輸 出處理器設計的成本達成這個目標將更為有利。 發明摘要 因此提供一種改良的方法，可以使電腦系統更為有效的 處理輸入/輸出操作，就成了本-發明的一項目標。 本發明的另一項目標在於提供可以降低與輸入/輸出操 作相關中斷延遲的方法。 本發明的另一項目標，在於提供降低中斷延遲的方法， 其成本不貴，且可隨著多重匯流排系統來擴充。 一般而言，要達成上述目標，其電腦系統必須包括：至 少一個處理單元、一個與該處理單元連線的記憶體裝置、 數個可以提供中斷來源的輸入/輸出裝置、可以將輸入/ 輸出裝置互連至該處理單元的裝置，互連裝置包括了可以 將傳輸至處理單元的中斷請求加以攔截、並處理中斷請求 的裝置。處理單元可以與使用第一個系統匯流排的系統記 憶體連線；互連裝置最好包括一第二輸入/輸出匯流排，該 醒流排連接到輸入/輸出裝置及一匯流排電橋，該匯流排電 橋連接輸入/輸出匯流排至系統匯流排。攔截 '處理"中斷，， 的裝置最好位於匯流排電橋，或-是與匯流排電橋連線，ji 包括儲存裝置或具有可以處理”中斷請求"微微碼指令的數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） ---------i------1T ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 經濟部中央標準局員工消普 A7 -—------- B7 五、發明説明~~~ 组。微微碼指令係由"中斷控制邏輯，，排定於定序器中加以 執行。 ° :本發明可以輕易的隨著多重匯流排系統來擴充。比方 $如果電腦系統包括連線至其他"中斷"來源的第三個匯 一 〇…丨可以提供具有將第二組”中斷"來源傳輸至處理單 元的中斷請求”加以攔截的匯流排電橋。 以下即對本發明的上述目標'特色、優點一一詳述。 圖示簡述 所附專利中請範圍詳述了本發明的特色。關相下對於 本發明、其使用模式、其他目標、以及優點的描述，最好 能與附圖相互對照，以求事半功倍之效，其中： 圖1為習用技術電腦系統的構造圖； 圖2為根據本發明電腦系統建構的實例構造圖，具有一個 由匯流排電橋使用以服務"中斷請求"的定序器；以及 圖3的圖表所描繪的邏輯流程與根據本發明來處理,,邏輯 清求Π有關。 實例說明 參照上述圖表’特別是圖2 ’描繪的是本發明電腦系統的 實例30。一般而言，電腦系統的組成包括一個或多個處理 單元32a、32b、32c ; —個處理單元用以儲存資料及程式 指令的系統記憶體裝置3 4 (像是隨機存取記憶體或r a μ ); 一個或多個周邊輸入/輸出裝置36a、36b、36c，像是顯 示監視器、鍵盤、指不裝置（滑鼠）、以及—個或多個永久 性記憶體裝置（像是硬碟、軟碟或CD-R0M)，或是一個區 -8 - 中國國家標準（匚奶）八4規格（2丨0><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T "r-- 6 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 五、發明説明（ 域網路（LAN)適配器。如圖" 統3 0可以有其他此處並未：、下、1統系統’電腦系 與印表機所用的牟列埠及H组件，像是連線至數據機 器，因此所示圖例不足二全:及控制 仏、32b、32c亦可包括幾^王部。此外，處理單元 括了 m / m 幾個，，且件，像是處理器磁芯（包 括了各式暫存器及邏輯單开 v ^ 以及-個匯流排介面。）'—個或數個記憶體快取器， :理广元32a ' 32b ' 32。經由系統匯流㈣連線至系统 :‘思骼34，並且經由第-個輸人/輸出匯流排40a、第— 個匯流排電橋42a、第一個 出砂 序态44^刀別連線至輸入/輪 a 36C。匯現排電橋42a提供輸入/輸出 =置人系統匯流排38之間的介面；定序器…提供了可以 明理來自各式輸入/輸出裝置請求的裝置，稍後會加以說 。任何適當的匯流排建構都可做為輸入，輸出區流排 “（但不限於）ISA、ElSA、pci匯流排。各式系統 衣吓旎裝配其他此處未顯示的裝置來相互通信，像 DMA通道。 除了傳統的功能，匯流棑電橋42a還可以儲存每個,，中斷 來源的預建微微碼序列。微微碼序列的形式以可以執行輸 入/輸出讀取、窝入，並且可以在比較情況（像是，•小於,，、 相等於” '”大於，，）簡單分支為原則。處理基本裝置適配 洛的中斷’’只需要這些功能。微微碼序列可以用組合語言 書冩，或是以迷你編譯器（僅少笋指令支援）使用”c"代碼 加以建構。每個，，中斷來源，，（可以包括常式或特殊程式設計 的中斷’）的微微碼係儲存於數組4 6 a ’由”中斷揸制遲輯， -9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（21〇χ297公釐 f請先閃讀背面之注意事項再填寫本頁}

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 •、發明説明（ ΐίί:序器44a加以執行。任何匯流排裝置中的匯流排 與足序器44a相似。定序器44a可以執行輸入/輸出 貝、寫人功能。最好定序器44a還可以處理基本的 下，：:=有關LAN適配器，其中發生，，傳輸完 斷中斷發生後，將週當的微微碼序列载至定 二/a，然後啟動。微微碼首先執行適配器主狀態暫 如=作業。針對”傳輸完成狀態”將讀取值與掩碼比較， 比車心(:Λ為”非"），該值將與其他處理的·，中斷'，加以 理車二否則即會將該項資訊包封、傳送至主處理器進行處 如果碩取值與原始掩碼的€較結果為"是”，念 能：：嘗試處理該”中斷"。定序器會讀取適配器的傳：狀 :、果：ί ’然後比較該讀取值與，，無誤完成，'狀態的掩碼。 果比較結果為，，是”，定序器即會寫至適配器

:器從件列中取得下-個傳輸。如果比較結果為，，否: 於適配器(輸入/輸出寫入)暫停。此時 J 讯包封、傳送至主處理器進行處理。 ，微微碼可以質詢"中斷”，並且在不干擾處理單元3 2压、 J2b、32c的狀況下處理該,，中斷”。微微碼發現未曾私a =處：的"中斷"時’可以放過該，，中斷，，，由適當二：： 如、仃處理。此時，微微碼僅需支援正常的"中斷"， 其數组的尺寸較小。比女崎，e .洛& 〇。1 ' ^』比万說，通仏適配益可以將"接收，，、 .州疋成的中财信號定址於微微碼；但是例外狀況 ^放過”接收…傳輸完成，.的中斷信號，直接由微微 值為初始硬體狀態質詢的主處露器群加以 1 捻供較大的數組才可以涵蓋所有"中斷”，"例外"亦包括在 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（ (210X297公釐） 乂請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

A7 ------B7五、發明説明（8 ) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 内此外，即使必須服務的，，中斷••無法被微微碼處理時， ::器仍可將資訊收集至記憶區，以利主cpu處理，然後 將從必，執行的輪入/輸出讀取功能中卸載㈣，該輸入 /輸出謂取的速度較慢，必須等到輸入，輸出完成後，由 主CPU週期來進行。 :本發明可輕易的針對多重匯流排系統加以調整。比方 說，’其他，，中斷來源，，（例如其他周邊裝置）可以利用第二個 匯"“非4 0 b、第二個匯流排電橋4 2 b、第二個定序器4 4 b、 以及第二個微微碼數組4613與電=腦系統3〇互連。同樣原則 亦適用於分級匯流排結構。雖然此處顯示的兩個第二個匿 ’氣排結構各有其微微碼數組，熟悉本技術的人都了解，單 —的微微碼數組即可逐—應付本系統匯流排電橋的所有應 用此外，雖然圖上的微微碼數組與匯流排電橋各自獨 而匯机排橋可以輕易的整合這些微微碼以及定序 器。 、參照圖3的流程圖更能了解本發明。首先，電腦系統（比 万像處理單元）開始執行程式（包括操作系統以及使用者應 用私式（5 0 )的邵分）。執行程式時，部分周邊裝置會發出，， 中斷叫求（5 2 )。匯流排電橋（5 4 )偵測到該請求，並在該 明求抵達相關的處理單元前加以棚截。然後匯流排電橋會 檢驗菽"中斷"，以判定該，，中斷"是否落於預建微微碼 所能處理的”中斷"預定分級内。如果是，即會排定適當的 微微碼於定序器中處理該’，中斷#(58)。否則即會放過該，， 中斷”，由適當的處理單元（60)中止目前的程序來處理該,， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2丨〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) > ?1 —^ϋ · ./兮

,1T A7 B7 五、發明説明（9 ) 中斷"（6 2 )。每個”中斷請求，，皆會重複這個程序。 乾腦系統j 0藉由以上的設計、方法，使其操作速度更 决，並且更能谷納適配卡及其他必須降低"中斷延遲"的裝 置，並且有助於其他加快整體性能的裝置（像是更大、更複 雜的快取器層級）。降低”中斷服務延遲”的成本，遠較先前 必須在主處理器群以外還得加上”中斷”或輸入/輸出處理 器的電腦系統為低。 ' 雖然以特定實例來說明本發明，但以上描述並非本發明 的全貌。熟悉本發明的人都了解，各個實例可就需要/口〆 修改。因此各種修改方式並未悖離所附專利申請範=以 發明的精神與領域。 e a 中本 装------,1τ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裡濟部中央標準局員工消費合作杜印製 一通 I度 尺 -張 紙 -本 準 標 家 國 一國 一祕

Claims (1)

1. A8 Βδ C8 D8 腦系統處理中斷請求的方法’該電腦系統具有 個或多 而一個 六、申請專利範圍 1. —個或多個連線至系統匯流排的處理單元，及 個連線至輸入/輸出匯流排的輸入/輸出裝置， 匯流排電橋互連該系統及該等多個輸入/輸出’ 本方法包括以下步驟： 現排’ 提供一個儲存裝置，該裝置具有微微 叫7以虛理一 個或夕個"中斷請求”，該儲存裝置係與 線； 、，礼排電橋連 以匯流排電橋偵測"中斷請参，，： 使用微微碼指令來處理”中斷請求”。 2·如申請專利範圍第1項的方法，其中中斷請求可以是咳 等微微碼指令所不能涵蓋的類別，該方法以疋及 攻G括以下步 驟： 判定該'，中斷請求”是否落於微微碼指令涵蓋的類別 中’如果並未涵蓋於微微碼指令的類別時，將此"中斷請 求”轉送給處理單位進行處理。 3. 如申請專利範圍第丨項的方法，其中電腦系統還包括了 連線至匯流排電橋的定序器，並且包括了排定微微碼指 令於定序器中執行的步驟。 4. 一種電腦系統，包括： 至少一個處理單元； 一個連線至該處理單元的記憶裝置； 數個提供"中斷來源”的輸入/輸出裝置；及 將輸入/輸出裝置與該處理單元互連的裝置，該互連 -13- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4说格（210X297公釐） ----------------1τ------竣 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央棣準局員工消費合作社印製 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 ?8s ___ D8 六、申請專利範圍 裝置包括了用以儲存多個微微碼指令序列之裝置，各序 列係適於處理來自該等中斷來源之多個"中斷請求”中之 各不相同之一"中斷請求，，，且該互連裝置另包括用以將 傳輸至該處理單元的”中斷請求，，加以攔截以及使用該等 微微碼指令序列以處理該"中斷請求"的裝置。 5. 如申請專利範園第4項的電腦系統，其中該處理單元連 線至使用第一個匯流排的記憶裝置； 該互連裝置包括了連線至輸入/輸出裝置的第二個匯 流排’以及將第一個匯流排與_第二個匯流排連線的匯流 排電橋。 6. 如申請專利範圍第5項的電腦系統，其中該儲存裝置包 括一儲存陣列，且該匯流排電橋係連線至該儲存陣列。 7. 如申請專利範圍第5項的電腦系統，其中輸入/輸出裝 置組成第一組輸入/輸出裝置，且匯流排電橋包括，，中斷 •I處理裝置，該"中斷"處理裝置僅處理來自第一组輸入/ 輸出裝置的"中斷"，還包括： 第二組輸入/輸出裝置； 連線至第二组輸入/輸出裝置的第三個匯流排；以及 另一個將第一個匯流排連線至第三個匯流排的匯流排 電橋，該另一個匯流排電橋包括了用以儲存多個微微碼 扣令序列之額外裝置，各序列係適於處理來自該等中斷 來源之多個，，中斷請求”中之各不相同之一"中斷請求，，， 且該另一個匯流排電橋另包括』以將從第二組輸入/輸 出裝置傳輸至該處理單元的，，中斷請求"加以攔截並且： -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21^χ297&着y (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Asp 夂、申請專利範圍 用孩額外儲存装置内之該等微微碼指令序列以處理從第 二組輸入/輸出裝置而來的"中斷請求，，的額外裝置。 如申請專利範圍第6項的電腦系統，其中該匯流排電橋 —庫器 。 包括一個可以執行該等微微碼指令序列的疋 ° {請先閲讀背面之注意事項存填寫本萸) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠）