TWI597666B - 共享裝置的使用方法及資源共享系統 - Google Patents

Description

共享裝置的使用方法及資源共享系統

本發明是有關於一種資源共享機制，且特別是有關於一種可避免競爭情況(Race Condition)的共享裝置的使用方法及資源共享系統。

一般而言，當資源被兩個或以上的處理器同時存取時，會造成資料不完整或是無法同步的情形稱之為競爭情況，尤其在處理器越多或是資料量越大的時候，問題產生的機率也就相對提高。因此必須使用傳輸保護機制來避免發生上述問題。其中仲裁者機制是普遍應用解決此問題的方法。

一般仲裁者機制是由一個作為仲裁者的處理器來給予權限標記，擁有標記的處理器則擁有存取共享資源的權力。仲裁者會依照處理器的申請順序，來訂定存取排程，並且根據優先權順序來避免相互競爭的發生。然而，現有的仲裁者機制存在有下述缺點。

(1)僅針對處理器端與儲存裝置端進行監控，缺乏對仲 裁者的監控機制。(2)無法因應不同的處理器來動態調整優先權順序。即，由於每個處理器內部設定與韌體不可能完全相同，並且對於儲存裝置的存取行為也不盡相同，無法對各處理器使用同一套判斷標準來衡量優先權順序。(3)在原先的仲裁者失去行為能力或是被關機時，只會依照已定義好的優先權順序來進行遞補，而在缺乏對仲裁者的監控機制以及無法動態調整優先權順序的情況下，難以保證選出一個穩定且合適的新仲裁者。倘若選出的新仲裁者依舊傳輸效率不佳、時常當機，整個系統架構就會顯得不穩且易出狀況，甚至又需再更換一次仲裁者，造成整個仲裁者架構耗費太多時間在更換仲裁者，效率不彰。

本發明提供一種共享裝置的使用方法及資源共享系統，可解決多個處理器同時存取共享裝置所產生的競爭情況(Race Condition)。

本發明的共享裝置的使用方法，包括：由仲裁者節點建立優先權順序，當仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上處理器各自所傳送之申請共享裝置的使用權限的要求時，依據優先權順序決定其中一個處理器具有共享裝置的使用權限。在此，共享裝置提供給多個處理器來使用，並且以其中一個處理器作為仲裁者節點。上述由仲裁者節點建立優先權順序包括：依據各處理器的識別資訊，並設定各個處理器的初始權重值；獲得各處理器的狀 態診斷資訊，其中狀態診斷資訊代表各處理器分別與仲裁者節點及共享裝置之間的傳輸狀態，而狀態診斷資訊包括一個或多個狀態診斷碼，且一個狀態診斷碼對應至一個狀態權重值；對每一個處理器，基於其所對應的初始權重值、以及所包括的一個或多個狀態診斷碼對應的狀態權重值，計算出各個處理器的優先權分數，以建立優先權順序。

本發明的資源共享系統，包括多個處理器以及共享裝置。共享裝置耦接至上述處理器，提供給上述處理器來使用。以其中一個處理器作為仲裁者節點，並且由仲裁者節點建立優先權順序，包括：依據各處理器的識別資訊設定各處理器的初始權重值；獲得各處理器的狀態診斷資訊，其中狀態診斷資訊代表各處理器分別與仲裁者節點及共享裝置之間的傳輸狀態，狀態診斷資訊包括一個或多個狀態診斷碼，且一個狀態診斷碼對應至一個狀態權重值；以及對各處理器，基於其所對應的初始權重值、以及所包括的所有狀態診斷碼的狀態權重值，計算出各個處理器的優先權分數，以建立優先權順序。並且，當仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上處理器各自所傳送之申請共享裝置的使用權限的要求時，依據優先權順序決定其中一個處理器具有共享裝置的使用權限。

基於上述，利用每個處理器分別與仲裁者節點及共享裝置之間的傳輸狀態，並且配合各個處理器的特性來決定優先權順序。據此，能夠因不同處理器而給予適合的判斷依據，做出一個 適合整個資源共享系統的優先權順序。透過上述方法可避免在多個處理器同時進行存取而發生競爭進而導致資料不完整，並且解決了存取效率與遞補優先順序的問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧資源共享系統

110‧‧‧共享裝置

120_1‧‧‧處理器(仲裁者節點)

120_2~120_N、MPU.A、MPU.B、MPU.G‧‧‧處理器

130_1~130_N‧‧‧儲存空間

140_1~140_N‧‧‧優先權表格

150_1~150_N‧‧‧診斷碼表格

S305~S320‧‧‧共享裝置的使用方法各步驟

S505~S530‧‧‧處理器端的連線狀態診斷各步驟

S605~S630‧‧‧仲裁者端的連線狀態診斷各步驟

圖1是依照本發明一實施例的資源共享系統的方塊圖。

圖2A~圖2D是依照本發明一實施例的連線狀態診斷的示意圖。

圖3是依照本發明一實施例的共享裝置的使用方法的流程圖。

圖4是依照本發明一實施例的彙整狀態診斷資訊的示意圖。

圖5是依照本發明一實施例的處理器端的連線狀態診斷的流程圖。

圖6是依照本發明一實施例的仲裁者端的連線狀態診斷的流程圖。

圖7是依照本發明一實施例的仲裁者遞補機制的示意圖。

圖1是依照本發明一實施例的資源共享系統的方塊圖。 請參照圖1，資源共享系統100包括共享裝置110以及多個處理器120_1~120_N，並且共享裝置110允許所有處理器120_1~120_N對其進行存取。在本實施例中，為了方便說明僅繪示一個共享裝置110，而在其他實施例中，資源共享系統100可以具備多個不同或相同的共享裝置110。

資源共享系統100可以是一台主機，也可以是由多台主機所構成的伺服器系統，並且不限定上述處理器120_1~120_N是設置在同一主機內。而當上述處理器120_1~120_N設置在不同的主機時，彼此之間可透過有線或無線的傳輸方式來進行溝通。

處理器120_1~120_N例如為中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、圖像處理單元(Graphic Processing Unit，GPU)、物理處理單元(Physics Processing Unit，PPU)、可程式化之微處理器(Microprocessor)、嵌入式控制晶片、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)或其他類似裝置。共享裝置110可以是伺服器等具有儲存裝置的電子裝置、或者是通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)儲存碟等行動儲存裝置、亦可以是可拆卸的儲存裝置等。例如為非揮發性記憶體(non-volatile memory)、隨機存取記憶體(random access memory，ram)或硬碟等儲存裝置。非揮發性記憶體例如為電子可抹除可程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read only memory，EEPROM)。

資源共享系統100具有仲裁者機制，即，在上述處理器120_1~120_N中設定其中一個來作為仲裁者節點。在本實施例中，以處理器120_1來作為仲裁者節點。由仲裁者節點120_1給予共享裝置110的權限標記至處理器120_2~120_N其中一個。而擁有權限標記的處理器則擁有存取共享裝置110的使用權限。

每個處理器120_1~120_N內部都含有對應的儲存空間130_1~130_N來分別存放優先權表格140_1~140_N(記錄優先權順序)以及診斷碼表格150_1~150_N(記錄狀態診斷資訊)。仲裁者節點120_1在建立優先權表格140_1之後，會與處理器120_2~120_N的優先權表格140_2~140_N進行同步。

每個處理器120_1~120_N彼此間可透過任何方式(例如積體電路(Inter-Integrated Circuit，I2C)匯流排)連接著，並且可以互相傳輸需要的資訊。例如，狀態診斷資訊或是優先權順序均是由上述連線方法進行傳輸。

由於每一個處理器120_2~120_N(非仲裁者節點120_1)除了與共享裝置110之間傳輸資料之外，僅會與仲裁者節點120_1做權限申請，因此每一個處理器120_2~120_N內所儲存的診斷碼表格150_2~150_N中，只會記錄自己與仲裁者節點120_1及與共享裝置110之間的傳輸狀態。

另外，仲裁者節點120_1會記錄其自身與處理器之間的傳輸狀態，並且進一步彙整所有處理器120_2~120_N所回報的診 斷碼資訊至診斷碼表格150_1。因此在仲裁者節點120_1的診斷碼表格150_1中記錄有其自身以及所有處理器120_2~120_N的傳輸狀態。

各診斷碼表格150_2~150_N代表其分別與仲裁者節點120_1及與共享裝置110之間的傳輸狀態。診斷碼表格150_2~150_N包括一個或多個狀態診斷碼，每一個狀態診斷碼對應至一種傳輸狀態。

狀態診斷碼是基於傳輸效率所定義出來的，包含在進行傳輸時會遇到的各種傳輸狀態。例如，仲裁者節點120_1(仲裁者端)、處理器120_2~120_N(處理器端)及共享裝置110(裝置端)在進行傳輸的封包都會帶有狀態診斷碼。而仲裁者端及處理器端在接收到狀態診斷碼時都會記錄下來。底下列舉幾種範例做說明可能會發生的傳輸狀態。

狀態診斷碼“0x00”代表傳輸成功。狀態診斷碼“0x01”代表待決(pending)。即，傳輸正在執行當中，等待共享裝置110回應。例如，表示共享裝置110可能正在進行傳輸，其使用權限尚未被釋放。狀態診斷碼“0x02”代表無法使用(not available)。即，仲裁者節點120_1並未有回應，或者與共享裝置110傳輸的通道被其他傳輸所占用，導致無法進行傳輸。有可能是仲裁者節點120_1沒有正確釋放使用權限，或是上一個擁有使用權限的處理器仍占用該通道。

狀態診斷碼“0x05”代表非法通道(illegal channel)。即， 無法與共享裝置110建立傳輸連線，找不到任何通道與共享裝置110進行連結。例如，在其中一個處理器獲得共享裝置110的使用權限後，找不到通道對裝置進行存取，可能是硬體線路受阻或是損壞。狀態診斷碼“0x0A”代表逾時(timeout)，其表示擁有共享裝置110的使用權限的處理器未在規定時間內傳輸完成並向仲裁者節點120_1歸還使用權限。

狀態診斷碼“0x10”代表循環冗餘檢查(cyclic redundancy check，CRC)錯誤，其表示傳輸封包的CRC檢查失敗。狀態診斷碼“0x11”代表否定認可(Negative Acknowledgement，NAK)，即，仲裁者節點120_1在規定時間內未收到擁有共享裝置110的使用權限的處理器的回應，代表該處理器可能出現異常而無法正確釋放使用權限。

狀態診斷碼“0x1F”代表身分確認(Identification)，即，仲裁者節點120_1確認各處理器120_2~120_N的身分。由於每一個處理器120_2~120_N不一定相同，內部的韌體版本、處理器核心數、處理器時脈、處理器種類、處理器用途也不一樣，所以仲裁者節點120_1需要確認各處理器120_2~120_N的身分。

而在整個資源共享系統100下，不論是仲裁者端、處理器端、裝置端都有可能因為自身處理問題造成傳輸失敗，因此藉由連線狀態診斷方式來隨時監控各端的傳輸狀態，並記錄下對應的狀態診斷碼。

圖2A~圖2D是依照本發明一實施例的連線狀態診斷的示 意圖。在本實施例是以處理器120_2來進行說明，其他處理器亦以此類推。圖2A及圖2B表示處理器120_2與仲裁者節點120_1之間的傳輸範例，圖2C及圖2D表示處理器120_2與共享裝置110之間的傳輸範例。在此，圖2A~圖2D所提及的傳輸狀態僅為舉例說明，並不以此為限。

在圖2A中，處理器120_2向仲裁者節點120_1發出一要求。當仲裁者節點120_1收到此要求時，會傳送回應資料以及表示傳輸成功的狀態診斷碼“0x00”一併回送給處理器120_2。例如，假設處理器120_2向仲裁者節點120_1傳送申請共享裝置110的使用權限的要求，且處理器120_2接收到的狀態診斷碼為“0x00”，表示傳輸成功。同時，處理器120_2會將狀態診斷碼“0x00”記錄到診斷碼表格150_2。例如，仲裁者節點120_1的處理器代碼為“MPU.A”，則將“0x00”記錄到與“MPU.A”對應的欄位中。

參照圖2B，在處理器120_2向仲裁者節點120_1發出要求之後，倘若處理器120_2在一個設定的時間內沒有接收到仲裁者節點120_1的回應，處理器120_2會自行產生狀態診斷碼“0x02”(無法使用)，並記錄“0x02”至診斷碼表格150_2。另外，在處理器120_2向仲裁者節點120_1傳送申請共享裝置110的使用權限的要求之後，倘若已經有其他處理器正在使用共享裝置110，則仲裁者節點120_1會回傳狀態診斷碼“0x02”(無法使用)至處理器120_2，使得處理器120_2記錄“0x02”至診斷碼表格150_2。

在圖2C中，處理器120_2已獲得共享裝置110的使用權 限並向共享裝置110進行傳輸時，倘若處理器120_2找不到任何通道與共享裝置110進行連結，則處理器120_2會產生狀態診斷碼“0x05”，並將其記錄至診斷碼表格150_2。

在圖2D中，處理器120_2已獲得共享裝置110的使用權限並向共享裝置110進行傳輸時，倘若連線通道沒問題，但是處理器120_2無法從共享裝置110端得到任何回應，此時，處理器120_2判定目前狀態為待決狀態，並產生狀態診斷碼“0x01”且將其記錄至診斷碼表格150_2。

在如上所述的連線狀態診斷的方式，透過已定義的狀態診斷碼來掌握處理器端分別與仲裁者端及與裝置端之間的傳輸狀態。此外，亦可一次傳送多個狀態診斷碼，而不限於一個。

另外，在有處理器端取得使用權限而開始對共享裝置110進行傳輸時，仲裁者端會去監控處理器端的使用狀態。例如，檢查處理器端是否逾期未歸還權限或是處理器端本身已經異常。以處理器120_2(取得使用權限)進行說明，仲裁者節點120_1在發現處理器120_2逾期未歸還使用權限，會先在診斷碼表格150_1中記錄一筆狀態診斷碼“0x0A”至對應於處理器120_2的欄位。之後，仲裁者節點120_1發送請求來確認處理器120_2是否正常運作。若發現處理器120_2沒有正常運作，則仲裁者節點120_1診斷碼表格150_1中，再記錄一筆狀態診斷碼“0x11”至對應於處理器120_2的欄位，並強制釋放出使用權限。

仲裁者節點120_1在彙整其自身以及處理器端全部的狀 態診斷碼之後，便更可以進一步來決定優先權順序，進而在發生競爭情況(Race Condition)時或需要遞補仲裁者時，基於優先權順序來給予一個最佳選擇以及最有效率的方法。底下即搭配上述資源共享系統100來說明共享裝置110的使用方法各個步驟。

圖3是依照本發明一實施例的共享裝置的使用方法的流程圖。請參照圖3，在步驟S305~S315中，由仲裁者節點120_1建立優先權順序。具體而言，在步驟S305中，仲裁者節點120_1依據各處理器120_1~120_N的識別資訊來設定各群組的初始權重值。例如，基於各處理器120_1~120_N的識別資訊將這些處理器(包括仲裁者節點)120_1~120_N分群為多個群組，並設定各群組的初始權重值。

在資源共享系統100的架構當中，每一個處理器的用途均不一樣，有的處理器專門處理運算，有的只是負責存放不重要的資料，所以每個處理器對權限需求的輕重緩急也不一定相同。故，利用分群的方式，將需要優先處理的處理器分配至在高優先權的組別(例如以群組編號來表示)；將較不緊急以及需求性較低的處理器分配至低優先權的組別，再將此各群組編號轉化成一個初始權重值，如表1所示。

處理器端所對應的群組的初始權重值會因為不同特性的處理器而相異。例如某些處理器傳輸資料量較大，所以產生逾時的機率或出現CRC錯誤的機率較高，因此在事先定義初始權重值的階段，便可降低這一類型群組的初始權重值。目的是讓此架構能夠因不同處理器而給予適合的判斷依據，做出一個適合整個架構的優先權順序。

仲裁者節點120_1向所有處理器120_2~120_N發送夾帶有狀態診斷碼“0x1F”的詢問訊息，而處理器120_2~120_N在收到此詢問訊息之後會回傳自己的識別資訊至仲裁者節點120_1。在此，識別資訊例如為韌體版本、處理器編號、處理器內部設定、處理器核心數、處理器時脈、處理器種類、處理器用途其中之一或其組合。而仲裁者節點120_1再對照經由已定義的對應表(表2)找出各處理器(包括仲裁者節點)所屬的群組編號，並將結果記錄下來。表2所示的對應表是以韌體版本為例。群組編號1對應至韌體版本“25.01.XX”，群組編號2對應至韌體版本“23.02.XX”等等。

接著，在步驟S310中，仲裁者節點120_1獲得各處理器(包括仲裁者節點120_1、處理器120_2~120_N以及共享裝置110)的狀態診斷資訊，並且給予每一個狀態診斷碼一個對應的狀態權重值，如表3所示。

由於處理器端在每筆對共享裝置110的傳輸都伴隨著狀態診斷碼，仲裁者端可隨時同步處理器端的狀態診斷碼來作為更新優先權列表或是遞補仲裁者端的依據。透過狀態診斷碼衡量處理器端、仲裁者端、裝置端的傳輸效率。

例如，仲裁者節點120_1會定時自各處理器120_2~120_N接收其各自所記錄的狀態診斷資訊。舉例來說，圖4是依照本發明一實施例的彙整狀態診斷資訊的示意圖。請參照圖4，在本實施中，仲裁者節點120_1的處理器代碼為MPU.A。並且，為求方便說明，僅繪示出處理器120_2~120_5，其處理器代碼分別為MPU.B、MPU.C、MPU.D、MPU.E。

在診斷碼表格150_2~150_5中，代碼MPU.A對應的欄位用以記錄各處理器120_2~120_5與仲裁者節點120_1之間進行傳 輸所獲得的狀態診斷碼；而代碼Device對應的欄位用以記錄各處理器120_2~120_5與共享裝置110之間進行傳輸所獲得的狀態診斷碼。

而仲裁者節點120_1在獲得各處理器120_2~120_N的診斷碼表格150_2~150_N之後，進行彙整而獲得表4。表4所示為仲裁者節點120_1的診斷碼表格150_1。在表4中，以診斷碼表格150_2為例，將處理器120_2與仲裁者節點120_1之間進行傳輸所獲得的狀態診斷碼“0x01”及“0x03”記錄至診斷碼表格150_1的處理器代碼MPU.B(對應至處理器120_2)對應的欄位中。以此類推，將其他狀態診斷資訊中與仲裁者節點120_1(代碼MPU.A)相關的狀態診斷碼記錄至診斷碼表格150_1中對應的欄位。

另外，由於共享裝置110不具備任何判斷能力所以無法自行發出狀態診斷碼，因此，由各處理器與共享裝置110進行傳輸並基於傳輸狀態來給予對應的狀態診斷碼。即，診斷碼表格150_2~150_N中的代碼Device對應欄位中所記錄的狀態診斷碼是代表共享裝置110的狀態。故，將診斷碼表格150_2~150_N中的代碼Device對應欄位中所記錄的狀態診斷碼記錄至表4中的代碼Device對應欄位。

在獲得表4之後，在步驟S315中，仲裁者節點120_1計算出各處理器120_1~120_N的優先權分數，以建立優先權順序。即，逐一對每一個處理器，基於其所對應的群組的初始權重值、以及其所包括的狀態診斷碼的狀態權重值，計算出對應的優先權分數，以建立優先權順序。而計算出各處理器的優先權分數是依據下列公式：priority_W=ini_W×(1+state_total_W)。

上述priority_W代表處理器的優先權分數，ini_W代表處理器所對應的群組的初始權重值，state_total_W代表處理器所包括的所有狀態權重值的加總。仲裁者節點120_1會蒐集所有處理器端的狀態診斷碼，利用這些狀態診斷碼對應的狀態權重值以及處理器端所對應的群組的初始權重值，來計算出優先權分數。

以處理器120_2為例，其代碼為MPU.B，群組編號為2。根據表3，群組編號2的初始權重值為95。根據表4，處理器120_2包括狀態診斷碼“0x01”及“0x03”，並且根據表3可以得知其狀態權重值分別為0.1與0.3。將上述初始權重值95以及狀態權重值0.1、0.3代入上述公式可獲得處理器120_2的優先權分數133，即，95×(1+(0.1+0.3))=133。以此類推，仲裁者節點120_1可算出每個處理器的優先權分數，並基此來建立優先權順序，進而獲得優先 權表格140_1(表5)。

在表5中，優先權分數越低，表示對應的處理器的優先權順序越高；優先權分數越高，表示對應的處理器的優先權順序越低。之後，由仲裁者節點120_1將優先權表格140_1同步至各個處理器。

而後，在步驟S320中，當仲裁者節點120_1同時接收到兩個或兩個以上處理器所傳送之申請共享裝置110的使用權限的要求時，依據優先權順序決定由具有高優先權的處理器具有共享裝置110的使用權限。以表5的處理器代碼MPU.T及MPU.B為例，則由處理器代碼MPU.T的處理器獲得共享裝置110的使用權限。

底下再舉例來詳細說明連線狀態診斷的方式。

圖5是依照本發明一實施例的處理器端的連線狀態診斷的流程圖。在本實施例中，以處理器120_2欲使用共享裝置110來進行說明。在步驟S505中，處理器120_2向仲裁者節點120_1 傳送申請共享裝置110的使用權限的要求。接著，在步驟S510中，處理器120_2基於仲裁者節點120_1的回應來記錄對應的狀態診斷碼。

在步驟S515中，處理器120_2根據仲裁者節點120_1的回應來判斷是否取得使用權限。若處理器120_2取得使用權限之後，在步驟S520中，處理器120_2便可開始對共享裝置110進行資料傳輸。接著，在步驟S525中，處理器120_2基於傳輸結果來記錄共享裝置110對應的狀態診斷碼。若處理器120_2未取得使用權限，如步驟S530所示，結束此次申請。

步驟S505及步驟S510為處理器120_2與仲裁者節點120_1之間的連線狀態診斷，可同時參照圖2A以及圖2B的說明。而在處理器120_2取得使用權限之後的步驟S520及步驟S525為處理器120_2與共享裝置110之間的連線狀態診斷，可同時參照圖2C及圖2D的說明。

圖6是依照本發明一實施例的仲裁者端的連線狀態診斷的流程圖。在本實施例中，以處理器120_2欲使用共享裝置110來進行說明。在步驟S605中，仲裁者節點120_1自處理器120_2接收申請共享裝置110的使用權限的要求。接著，在步驟S610中，仲裁者節點120_1解析上述要求而獲得對應上述要求的狀態診斷碼，並記錄此狀態診斷碼。例如，由於仲裁者節點120_1能夠接收到處理器120_2所傳送之要求，因此，會在診斷碼表格150_1中之處理器120_2對應的欄位，記錄下狀態診斷碼“0x00”以表示 傳輸成功。

之後，在步驟S615中，仲裁者節點120_1傳送申請結果至處理器120_2。在只有處理器120_2發出要求的情況下，仲裁者節點120_1在確認共享裝置110的使用權限已被釋出之後，則傳送允許使用共享裝置110的回應以及狀態診斷碼“0x00”(表示傳輸成功)至處理器120_2。另一方面，仲裁者節點120_1在確認共享裝置110的使用權限尚未被釋出之後，則傳送不允許使用共享裝置110的回應以及狀態診斷碼“0x00”至處理器120_2。

另外，在步驟S610中，倘若仲裁者節點120_1經分析後判斷處理器120_2所傳送之要求的申請內容的CRC有誤，則仲裁者節點120_1除了在診斷碼表格150_1中之處理器120_2對應的欄位，記錄狀態診斷碼“0x00”(表示傳輸成功)之外，亦會記錄下狀態診斷碼“0x10”以表示CRC錯誤。並且，在步驟S615中，仲裁者節點120_1會同時將狀態診斷碼“0x10”以及“0x00”傳送至處理器120_2。由上述舉例可以知道，可一次傳送多個狀態診斷碼，而不限於一個。

另外，倘若有其他處理器同時與處理器120_2發出要求的情況下，仲裁者節點120_1則依據優先權表格140_1所記錄的優先權順序來決定由何者來取得共享裝置110的使用權限。

在允許處理器120_2使用共享裝置110的情況下，在步驟S620中，仲裁者節點120_1記錄處理器120_2回傳的狀態診斷碼。並且，在步驟S625中，仲裁者節點120_1還會依據處理器120_2 是否在規定時間內歸還使用權限來記錄對應的狀態診斷碼。在不允許處理器120_2使用共享裝置110的情況下，如步驟S630所示，結束此次申請。

而在判定傳送申請權限的要求的處理器具有共享裝置110的使用權限之後，仲裁者節點120_1會持續監控傳送上述要求的處理器是否在規定時間內歸還共享裝置110的使用權限。並且，仲裁者節點120_1依據處理器是否在規定時間內歸還共享裝置110的使用權限來記錄對應的狀態診斷碼。

透過上述連線狀態診斷的方式，可以全面地監控仲裁者端、處理器端、裝置端，因此可以在問題發生之前進行仲裁者的遞補或是其他應變措施。並且，仲裁者端每隔一段時間即會同步所有處理器端的狀態診斷碼，並且在同步之後重新計算各處理器的優先權分數以重新產生的優先權順序，並且將重新產生的優先權順序更新給各處理器。

而當仲裁者節點對應的優先權分數超過預設的門檻值，則取消現有的仲裁者節點的資格，並以優先權分數最低的處理器來作為新的仲裁者節點。

仲裁者節點除了一般使用情況(例如仲裁者節點被關機，或是失去心跳(heartbeat)封包)需要遞補仲裁者節點之外，如果能在仲裁者節點失去仲裁能力之前就能檢測出來，提早更換仲裁者，這才是一個穩健可靠的系統重要的指標。因此，當優先權表格中仲裁者節點的優先權分數不符合標準時，便會啟動仲裁 者遞補機制，由優先權表格中優先權分數最低的處理器遞補為新的仲裁者節點。

圖7是依照本發明一實施例的仲裁者遞補機制的示意圖。在本實施例中，假設原本的仲裁者節點為MPU.A，預設的門檻值為150。如圖7所示，原本的仲裁者節點MPU.A的優先權分數已經超過150，故，仲裁者節點MPU.A會啟動仲裁者遞補機制，而以優先權表格中優先權分數最低的處理器MPU.B來作為新的仲裁者節點。

又，優先權分數亦可作為啟動錯誤通報機制的依據。例如，當處理器或共享裝置的優先權分數超過定義的標準閥值，就會啟動錯誤通報機制，來停止對共享裝置進行傳輸或者停止繼續使用處理器，直到使用者或維護人員做狀況排除。

在新的仲裁者節點接手之後，對於後續的優先權分數的計算具有下列幾種方式。底下以處理器MPU.A作為前一個仲裁者節點，處理器MPU.B作為新的仲裁者節點來進行說明，然，並不以此為限。

新的仲裁者節點MPU.B可以重新設定優先權表格，即，不接續前一個仲裁者節點MPU.A所獲得的優先權分數，而重新計算其他各處理器的優先權分數。

另外，新的仲裁者節點MPU.B可沿用前一個仲裁者節點MPU.A所建立的優先權表格，以前一個仲裁者節點MPU.A所獲得的各處理器的優先權分數來作為初始權重值，並接續計算後續 的優先權分數。即，新的仲裁者節點MPU.B可將經由前一個仲裁者節點MPU.A計算而獲得的各處理器的優先權分數，設定為初始權重值。之後，沿用公式priority_W=ini_W×(1+state_total_W)來持續獲得狀態診斷碼，進而更新優先權分數。將先前獲得的優先權分數設定為初始權重值的目的在於：可以掌握先前系統架構上的使用狀態。

而倘若其中一處理器(例如為處理器MPU.G)的優先權分數持續上升而超過定義的標準閥值(例如1000)時，仲裁者節點MPU.B會發送一通知訊息來通報使用者，以由使用者來排除處理器MPU.G的問題。在狀況排除後，由已排除問題的處理器MPU.G來發送一重置指令(例如，重置指令所包括的狀態診斷碼為0x20)給仲裁者節點MPU.B，使得仲裁者節點MPU.B清除處理器MPU.G舊有的優先權分數，並且以處理器MPU.G的識別資訊來設定初始權重值(參照步驟S305的記載)，以重新計算優先權分數。

又，當對整個系統進行維修，而修復完全部分有問題的處理器、共享裝置之後，使用者可直接對仲裁者節點MPU.B來下達一清空指令(例如，清空指令所包括的狀態診斷碼為0x21)，以將優先權表格以及診斷碼表格清空。

另外，可針對允許使用共享裝置以及不允許使用共享裝置兩種狀況，分別設定對應的狀態診斷碼。例如，允許使用共享裝置的狀況對應的狀態診斷碼為0x06，不允許使用共享裝置的狀 況對應的狀態診斷碼為0x07。在仲裁者節點判定允許傳送要求的處理器使用共享裝置時，可在其自己的診斷碼表格對應的處理器欄位中記錄0x06，而在判定不允許時記錄0x07。

並且，進一步透過微調狀態診斷碼0x06與0x07對應的狀態權重值，解決飢餓(starvation)現象。例如，將狀態診斷碼0x06的狀態權重值設定為0.01，而狀態診斷碼0x07的狀態權重值設定0，據此，在計算優先權分數時仲裁者節點會基於狀態診斷碼0x06的狀態權重值，而將多次取得共享裝置的使用權限的處理器的優先權分數提高。這是因為，在成功取得共享裝置的使用權限的處理器相對會記錄有較多的0x06，因此在計算優先權分數時會提高狀態權重值的加總後的數值，使得優先權分數提高。據此，讓其他處理器亦能夠取得共享裝置的使用權限。

另外，在取得各處理器在經由連線狀態診斷後所獲得的狀態診斷資訊之前，當仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上處理器各自所傳送欲使用共享裝置的要求時，以各處理器的初始權重值來決定共享裝置的使用權限。

綜上所述，利用每個處理器分別與仲裁者節點及共享裝置之間的傳輸狀態，並且配合各個處理器的特性來決定優先權順序，可避免在多個處理器同時進行存取而發生競爭進而導致資料不完整，並且解決了存取效率與遞補優先順序的問題。依照每一個處理器的不同，來微調優先權的判斷機制，再配合連線診斷機制來獲得一個適當的優先權順序。由優先權順序作為各種衝突、 問題、遞補等機制的依據，讓仲裁者端達到真正的公平而且適當的資源分配。由於對每筆傳輸做連線狀態診斷，而獲得狀態診斷碼，藉此掌握了每一個處理器與共享裝置之間的傳輸狀態。當維修人員進行維護時，可參照狀態診斷碼來獲得問題發生點，以便進行狀況排除。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S305~S320：共享裝置的使用方法各步驟

Claims (22)

1. 一種共享裝置的使用方法，其中該共享裝置提供給多個處理器來使用，該些處理器其中之一作為一仲裁者節點，該使用方法包括：由該仲裁者節點建立一優先權順序，包括：依據該些處理器各自的一識別資訊設定該些處理器各自的一初始權重值；獲得該些處理器各自的一狀態診斷資訊，其中該狀態診斷資訊代表每一該些處理器分別與該仲裁者節點及該共享裝置之間的傳輸狀態，該狀態診斷資訊包括一個或多個狀態診斷碼，且每一該些狀態診斷碼對應至一狀態權重值；以及對每一該些處理器，基於其所對應的該初始權重值、以及其所包括的一個或多個所述狀態診斷碼對應的一個或多個所述狀態權重值，計算出每一該些處理器的一優先權分數，以建立該優先權順序；以及當該仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上所述處理器各自所傳送之申請該共享裝置的使用權限的一要求時，依據該優先權順序決定其中一個所述處理器具有該共享裝置的使用權限。
2. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，其中計算出每一該些處理器的該優先權分數是依據下列公式，priority_W=ini_W×(1+state_total_W)；其中，priority_W代表該些處理器其中一個的該優先權分 數，ini_W代表該些處理器其中一個所對應的該初始權重值，state_total_W代表該些處理器其中一個所包括的一個或多個所述狀態權重值的加總，其中，該優先權分數越低，表示對應的其中一個所述處理器的該優先權順序越高；該優先權分數越高，表示對應的其中一個所述處理器的該優先權順序越低。
3. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，其中當該些處理器的其中一個欲使用該共享裝置時，包括：向該仲裁者節點傳送申請該共享裝置的使用權限的該要求，並且基於該仲裁者節點的回應來記錄對應的該狀態診斷碼；以及在獲得該共享裝置的使用權限時，對該共享裝置進行資料傳輸，並且基於一傳輸結果來記錄該共享裝置對應的該狀態診斷碼。
4. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，其中當該仲裁者節點自該些處理器的其中一個接收到申請該共享裝置的使用權限的該要求時，包括：解析該要求而獲得對應於該要求的該狀態診斷碼，並記錄對應於該要求的該狀態診斷碼；傳送一申請結果至傳送該要求的該處理器，其中該申請結果中記錄有對應於該要求的該狀態診斷碼；在判定傳送該要求的該處理器具有該共享裝置的使用權限之後，監控傳送該要求的該處理器是否在一規定時間內歸還該共享裝置的使用權限；以及 依據該處理器是否在該規定時間內歸還該共享裝置的使用權限來記錄對應的該狀態診斷碼。
5. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，更包括：該仲裁者節點定時向每一該些處理器接收其各自所記錄的該狀態診斷資訊。
6. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，更包括：當該仲裁者節點對應的該優先權分數超過一門檻值，取消現有的該仲裁者節點的資格，並以該優先權分數最低的其中一個所述處理器來作為新的該仲裁者節點。
7. 如申請專利範圍第6項所述的共享裝置的使用方法，其中在以該優先權分數最低的其中一個所述處理器來作為新的該仲裁者節點的步驟之後，更包括：透過新的該仲裁者節點，將經由前一個仲裁者節點計算而獲得的每一該些處理器的該優先權分數，設定為該些處理器各自的該初始權重值。
8. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，更包括：在取得該些處理器的該些狀態診斷資訊來建立該優先權順序之前，當該仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上所述處理器各自所傳送之申請該共享裝置的使用權限的該要求時，以該些處理 器各自的該初始權重值來決定該共享裝置的使用權限。
9. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，其中該識別資訊包括韌體版本、處理器編號、處理器內部設定、處理器核心數、處理器時脈、處理器種類、處理器用途至少其中之一。
10. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，更包括：由該仲裁者節點傳送多個詢問訊息至該些處理器，以自每一該些處理器獲得該識別資訊。
11. 如申請專利範圍第1項所述的共享裝置的使用方法，更包括：由該仲裁者節點將該優先權順序同步至每一該些處理器。
12. 一種資源共享系統，包括：多個處理器；一共享裝置，耦接至該些處理器，提供給該些處理器來使用；其中，該些處理器其中之一作為一仲裁者節點；由該仲裁者節點建立一優先權順序，包括：依據該些處理器各自的一識別資訊設定各自的一初始權重值；獲得該些處理器各自的一狀態診斷資訊，其中該狀態診斷資訊代表每一該些處理器分別與該仲裁者節點及該共享裝置之間的傳輸狀態，該狀態診斷資訊包括一個或多個狀態診斷碼，且每一該些狀態診斷碼對應至一狀態權重值；以及對每一該些處理器，基於其所對應的該初始 權重值、以及其所包括的一個或多個所述狀態診斷碼對應的一個或多個所述狀態權重值，計算出每一該些處理器的一優先權分數，以建立該優先權順序；並且，當該仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上所述處理器各自所傳送之申請該共享裝置的使用權限的一要求時，依據該優先權順序決定其中一個所述處理器具有該共享裝置的使用權限。
13. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中該仲裁者節點依據下列公式計算出該些處理器各自的該優先權分數，priority_W=ini_W×(1+state_total_W)；其中，priority_W代表該些處理器其中一個的該優先權分數，ini_W代表該些處理器其中一個所對應的該初始權重值，state_total_W代表該些處理器其中一個所包括的一個或多個所述狀態權重值的加總，其中，該優先權分數越低，表示對應的其中一個所述處理器的該優先權順序越高；該優先權分數越高，表示對應的其中一個所述處理器的該優先權順序越低。
14. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中當該些處理器的其中一個欲使用該共享裝置時，該處理器向該仲裁者節點傳送申請該共享裝置的使用權限的該要求，並且基於該仲裁者節點的回應來記錄對應的該狀態診斷碼；以及在獲得該共 享裝置的使用權限時，該處理器對該共享裝置進行資料傳輸，並且基於一傳輸結果來記錄該共享裝置對應的該狀態診斷碼。
15. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中當該仲裁者節點自該些處理器的其中一個接收到申請該共享裝置的使用權限的該要求時，解析該要求而獲得對應於該要求的該狀態診斷碼，並記錄對應於該要求的該狀態診斷碼；傳送一申請結果至傳送該要求的該處理器，其中該申請結果中記錄有對應的該狀態診斷碼；在判定傳送該要求的該處理器具有該共享裝置的使用權限之後，監控傳送該要求的該處理器是否在一規定時間內歸還該共享裝置的使用權限；以及依據該處理器是否在該規定時間內歸還該共享裝置的使用權限來記錄對應的該狀態診斷碼。
16. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中該仲裁者節點定時向每一該些處理器接收其各自所記錄的該狀態診斷資訊。
17. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中當該仲裁者節點對應的該優先權分數超過一門檻值，取消現有的該仲裁者節點的資格，並以該優先權分數殼低的其中一個所述處理器來作為新的仲裁者節點。
18. 如申請專利範圍第17項所述的資源共享系統，其中透過新的該仲裁者節點，將經由前一個仲裁者節點計算而獲得的每一該些處理器的該優先權分數，設定為該些處理器各自的該初始權重值。
19. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中在取得該些處理器的該些狀態診斷資訊來建立該優先權順序之前，當該仲裁者節點同時接收到兩個或兩個以上所述處理器各自所傳送之申請該共享裝置的使用權限的該要求時，以該些處理器各自的該初始權重值來決定該共享裝置的使用權限。
20. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中該識別資訊包括韌體版本、處理器編號、處理器內部設定、處理器核心數、處理器時脈、處理器種類、處理器用途至少其中之一。
21. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中由該仲裁者節點傳送多個詢問訊息至該些處理器，以自每一該些處理器獲得該識別資訊。
22. 如申請專利範圍第12項所述的資源共享系統，其中由該仲裁者節點將該優先權順序同步至每一該些處理器。