结点互连适配器制造技术

本发明专利技术涉及一种可扩展并行机群系统中总线信号转换装置，它安装于分布式可扩展并行机群系统中每个结点机的总线扩展槽上，由和此结点机的总线槽相接的总线接口单元（ＸＢＵＳ接口单元）、与互连网络相连的总线桥接口单元（ＢＢＰ接口单元）、双向数据寄存器、命令寄存器、状态寄存器和ＸＢＨ的配置单元（Ｂｏｏｔ ＰＲＯＭ区）、裁决逻辑单元和中断控制逻辑单元组成，是构造基于ＢＢＰ协议的、耦合度可调并行计算机群系统的关键部件之一。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可扩展并行机群系统中总线信号转换装置，特别是一种完成结点机总线信号与网络通讯信号相互转换和传递的装置，即每个结点机与互连网络相接的结点互连适配器。研制用于大规模并行处理的可扩展的机群(多计算机)系统已成为世界高技术竞争的一个热点，围绕可扩展性(可伸缩性)，要求考虑许多问题，特别是系统结点之间相互通信的方式及通信带宽的考虑；系统结点如何向其它结点进行信息传递等，上述问题的焦点都集中于完成结点机总线信号与网络通讯信号相互转换和传递的结点互连适配器上。Inter巨型机系统公司研制的Paragon多机系统的每个结点机由5个i860微处理器组成，其中一个微处理器用于处理网络通信和传递信息，其结点互连适配器的功能实际上是由一个i860微处理器来充当。Kendall Square Research公司研制的KSR1可扩展多机系统的每个结点机由一个32MB的超高速缓存和一个定制的64位超标量RISC处理器组成，每个结点机除完成计算任务外，还负责将数据输入和输出到其它结点机，其结点互连适配器的功能实际上是由定制的64位RISC微处理器来完成。因此上述的并行机群系统的结点互连适配器实质上是由价格昂贵的具有极高性能或专门定制的微处理器来充当或驱动，对于一般的中档微计算机不可能作为结点机来使用。多机系统的耦合程度可以看作是系统中共享信息在分离的存储模块间活动的一种量度。以全局共享存储器为互连机构的多处理机系统具有最强的机间耦合度，多个结点机对彼此共享信息的访问量最为直接和迅速，但构造一个共享存储器多机系统的开销十分可观，且系统的扩展也很困难。以局部网一类的介质连接，采用message passing方式工作的多处理机系统具有最弱的机间耦合度，其构造方法简便，成本低，但结点机之间共享信息的传递延时远大于共享存储器的访问延时，且不利于并行程序的编制。本专利技术的目的是提供一种便于实现兼有紧密耦合和松散耦合两类多机系统优点的MIMD(多指令流多数据流)计算机的结点互连适配器，使得可将个人计算机或工作站作为结点机，形成具有分布式共享存储器特征的耦合度可调多机系统(或称规模可扩展并行机群系统)，是一种基于总线信号传输的、完成本结点机的标准总线协议信号与一种结点互连协议(BBP)信号相互转换和传递的、可使任何微型计算机和工作站作为结点机的、随结点机升级而自然升级的、实现结点机间多信号并行异步传输的、低成本的结点互连适配器。本专利技术的结点互连适配器(XBH)安装于分布式可扩展并行机群系统中每个结点机(TN)的总线扩展槽上，它包括和此结点机的总线槽相接的总线接口单元(XBUS接口单元)、与互连网络相连的总线桥接口单元(BBP接口单元)、双向数据寄存器、命令寄存器、状态寄存器和XBH的配置单元(Boot PROM区)，BBP接口单元设有三类信号线裁决总线、数据/地址复用总线和总线链路控制总线，这三类信号线不是任何一种标准总线的信号线，而是遵循一种在整个连接结点机链路中统一的被称之为总线桥协议(BBP)的信号，它可被任何结点机上的结点互连适配器由其所在的结点机标准总线信号转换产生和被接收并转换为本结点机标准总线信号。结点机总线接口单元设有数据线、数据传输宽度表示线、地址线、中断请求线、传输响应或回应线、总线使用请求线、总线使用允许线、传输方向线、地址探测线、设备选择线、XBH状态线、时钟线和电源线等，它们分别与结点机的总线扩展槽内相应信号线连接。在结点互连适配器(XBH)内，还有一个协议转换单元，它由裁决逻辑单元、中断控制逻辑单元、命令寄存器、状态寄存器、双向数据寄存器共同组成，裁决逻辑单元分别与BBP接口单元的裁决总线和命令寄存器相接，即裁决逻辑单元的可接收来自BBP接口单元双裁决总线的信号或命令寄存器的信号，将来自连接链路的请求连通结点机的信号或结点机请求连通链路的信号与连接裁决逻辑单元的相对应的另一端的状态进行裁决，最后将裁决结果返回BBP接口单元的裁决总线或SBH内的状态寄存器，并完成链路的接通或不接通。裁决逻辑可采用多种策略，如先进先服务、固定优先权、固定时间片、动态优先权、轮询等。中断控制逻辑单元分别和BBP接口单元的控制总线、数据/地址复用总线和XBH内的命令寄存器、状态寄存器相接，它将来自连接链路的控制信号、命令信号或来自本结点机的控制信号在本结点机内进行处理并产生中断，然后将中断结果返给BBP接口单元的链路控制总线和本结点机。双向数据寄存器分别与BBP接口单元的数据/地址复用总线和本结点机内总线的数据线和地址线相通，在命令寄存器和中断控制逻辑单元的控制下，实现本结点机的数据或命令与连接其他结点机的连接链路上的传输数据或命令及相互传递即也完成了两结点机之间的数据和命令的传递。XBH的配置单元(Boot Prom区)为一PROM芯片，其内固化了XBH的驱动程序，该程序在系统引导时，指明本设备的类型、属性以及该扩展卡所采用的中断优先级、卡内各寄存器命令寄存器、状态寄存器和双向数据寄存器的地址等。本结点互连适配器内的裁决逻辑单元采用一个基于“线—或”技术的对称的优先权比较逻辑电路，采用两级裁决，两方中优先权大的一方获得控制权，相同优先权时进行第二级随机过程裁决，保证只有唯一的胜方。BBP接口单元的三类信号线的可做如下设置(1)裁决总线1)ARST指示裁决过程开始，高电平有效，由互连端口的任一侧启动。2)ARn-AR0裁决优先权线，ARn是最高位，提供2n+1级优先权限。3)ARSESUS本端口优先权比较结果，送往互连端口的ARSESU0。4)ARSESU0互连端口对方一侧的优先权比较结果，与端口对方一侧ARSESUS相接。(2)数据/地址复用总线5)BBPD0-BBPD3132位的用于传输数据或地址的数据/地址复用总线，BBPD31是最高位。根据需要，也可采用16、64或128位的数据/地址复用总线。(3)总线链路控制总线6)BBPR/W*读写控制线，低电平为写，高电平为读。7)DS*数据有效指示，下降沿有效。8)DACK*数据确认指示，下降沿有效。9)AS*地址有效指示，下降沿有效。10)C/D*命令/数据定义线，高电平时BBPD0-BBPD31上传输的是控制命令，低电平时BBPD0-BBPD31上传送终端结点收发的数据。11)READY受控端口准备好信号线，高电平有效，用于结点同步。BBP接口单元可接在一个“电—光”可互相转换的装置上，使结点机间采用光缆及光信号传输。适配器的两端口BBP接口单元和XBH与总线接口单元各有一存储缓冲器，以加快数据和命令的快速传递。本专利技术具有以下优点成本低、宜扩展；采用异构结点机构成多机系统时，需要的结点互连适配器的种类少，只需要与多机系统结点机中所采用的总线种类数目相同即可。而且任一结点机升级后只要采用的总线类型不变，此结点机上的互连适配器不用改变；采用此类结点互连适配器构成的多机系统，在软件的控制下，可实现耦合度可调。下面结合附图对本专利技术做进一步详述。其中附图说明图1为本专利技术的结构框图。图2为BBP连接链路接通后读操作时的时序图。图3为SUN SPARC系列工作站作为结点机时结点互连适配器(SBH)的结构框图。图4为SBH与SUN工作站的总线SBUS的接口单元中回应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结点互连适配器（ＸＢＨ）安装于分布式可扩展并行机群系统中每个结点机（ＴＮ）的总线扩展槽上，它包括：和此结点机的总线槽相接的总线接口单元（ＸＢＵＳ接口单元）、与互连网络相连的总线桥接口单元（ＢＢＰ接口单元）、双向数据寄存器、命令寄存器、状态寄存器和ＸＢＨ的配置单元（ＢｏｏｔＰＲＯＭ区），其特征在于：（１）ＢＢＰ接口单元设有三类信号线：裁决总线、数据／地址复用总线和总线链路控制总线，这三类信号线不是任何一种标准总线的信号线，而是遵循一种在整个连接结点机链路中统一的被称之为 总线桥协议（ＢＢＰ）的信号，它可被任何结点机上的结点互连适配器由其所在的结点机标准总线信号转换产生和被接收并转换为本结点机标准总线信号；（２）结点机总线接口单元设有数据线、数据传输宽度表示线、地址线、中断请求线、传输响应或回应线、总线使 用请求线、总线使用允许线、传输方向线、地址探测线、设备选择线、ＸＢＨ状态线、时钟线和电源线等，它们分别与结点机的总线扩展槽内相应信号线连接；（３）在结点互连适配器（ＸＢＨ）内，还有一个协议转换单元，它由裁决逻辑单元、中断控制逻辑单元、命 令寄存器、状态寄存器、双向数据寄存器共同组成，裁决逻辑单元分别与ＢＢＰ接口单元的裁决总线和命令寄存器相接，即裁决逻辑单元的可接收来自ＢＢＰ接口单元中裁决总线的信号或命令寄存器的信号，将来自连接链路的、请求连通结点机的信号（或结点机请求连通链路的信号）与连接裁决逻辑单元的相对应的另一端的状态进行裁决，最后将裁决结果返回ＢＢＰ接口单元的裁决总线或ＸＢＨ内的状态寄存器，确定链路的接通或不接通，中断控制逻辑单元分别和ＢＢＰ接口单元的控制总线、数据／地址复用总线和ＸＢＨ内的命令寄存器、状态寄存器相接，它将来自连接链路的控制信号、命令信号或来自本结点机的控制信号在本结点机内进行处理并产生中断，然后将中断结果返给ＢＢＰ接口单元的链路控制总线和本结点机；（４）双向数据寄存器分别与ＢＢＰ接口单元的数据／地址复用总线和本结点机 内总线的数据线和地址线相通，在命令寄存器和中断控制逻辑单元的控制下，实现本结点机的数据或命令与连接其他结点机的连接链路上的传输数据或命令的相互传递，即也完成了两结点机之间的数据和命令的传递；（５）ＸＢＨ的配置单元（ＢｏｏｔＰＲＯＭ区）为 一ＰＲＯＭ芯片，其内固化了ＸＢＨ的驱动配置程序，该程序在系统引导时，指明本设备的类型、属性以及该扩展卡所采用的中断优先级、卡内...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金利杰，李未，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]