CN101169774A - 一种多处理器系统、共享控制装置及启动从处理器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多处理器共享控制装置、采用该装置的多处理器系统及其中启动从处理器的方法。所述装置包括一个共享控制模块和至少一个共享设备，共享控制模块实现对地址、数据以及其他总线的控制和启动从处理器的控制，共享设备用于保存启动从处理器所需的程序和数据。所述系统包括一个主系统、至少一个从系统以及至少一个多处理器共享控制装置，从系统与主系统通过多处理器共享控制装置连接，还通过主从通迅接口连接。本发明通过共享控制装置，实现了主处理器和多个从处理器最大限度地共用设备的目的，重复利用了硬件资源，降低硬件设计复杂度，同时简化了从处理器的启动流程，也简化了控制系统软件设计的难度。

Description

一种多处理器系统、共享控制装置及启动从处理器的方法

技术领域

本发明属于嵌入式系统技术领域，特别涉及用于多处理器系统的一种共享控制装置、包括此装置的处理器系统，以及基于此装置的从处理器启动方法。

背景技术

随着嵌入式系统的不断发展，单片处理器的功能集成度虽然越来越高，但是单一的嵌入式处理器依旧很难兼顾系统控制、业务管理和数据处理等需求。于是，越来越多的设计者开始采用多个处理器，对控制、业务和功能进行分散式管理。目前，最常用的方式是使用两个处理器，一个偏向于控制管理，另一个偏向于业务处理。当然，也有使用更多处理器的情况，以满足不同的需求。

处理器数量的增加使得系统结构更加明晰，但同时也带来了诸多新的问题。随着系统中处理器数目的增加，最小系统所需的外围器件也随之增多，提高了硬件电路的成本，加大了硬件设计的复杂程度；同时，系统的启动过程也会因为各个处理器之间的协作关系变的非常复杂，大大的增加了系统控制的难度，间接的提高了软件设计的复杂程度。

现行技术中，设计者多将各个处理器最小系统隔离，每个处理器具有独立的ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)，然后通过串行、并行或者更为复杂的通迅接口将多个系统互联，这样随着系统中处理器数目的提升，硬件设计和软件设计复杂度也随之大大增加，无法有效的利用硬件资源，软件流程也无法优化。

在保证系统功能完整性和系统结构层次化的基础上，如果能实现更多的外围器件共享，能简化处理器的控制方法，这样，硬件资源得到重复的利用，硬件设计方案复杂程度会大大降低，系统控制的流程会大大的简化，软件设计的复杂程度也会随之降低。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有多处理器系统存在的硬件资源不能有效共享、控制方法复杂等缺陷，提供一种多处理器共享控制装置。同时，本发明还提供一种采用该装置的多处理器系统及其从处理器的启动方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的多处理器共享控制装置包括一个共享控制模块和至少一个共享设备。共享控制模块接受主处理器的配置，实现对地址、数据以及其他总线的控制和启动从处理器的控制；共享设备用于保存启动从处理器所需的程序和数据，可以是ROM、RAM或者其他存储设备。

所述共享控制模块通过地址、数据总线和控制信号与共享设备连接，并且通过地址、数据总线和控制信号与主处理器和从处理器连接。

本发明提出的多处理器系统包括一个主系统、至少一个从系统以及至少一个多处理器共享控制装置。主系统包含主处理器、ROM、RAM、主从通迅接口和外部通迅接口，ROM用于存储主处理器启动所需的程序和数据，主处理器通过地址、数据总线和控制信号连接ROM、RAM、主从通迅接口和外部通迅接口，外部通迅接口可以连接其他设备，作为从处理器启动程序和数据的辅助来源。从系统包含从处理器、RAM以及主从通迅接口，从处理器通过地址、数据总线和控制信号连接RAM、主从通迅接口和多处理器共享控制装置。

从系统的主从通迅接口与主系统的主从通迅接口相连接；主从通迅接口不局限于特定的串行或者并行通迅接口。

多处理器共享控制装置包含一个共享控制模块和至少一个共享设备。共享控制模块接受主处理器的配置，实现对地址、数据以及其他总线的控制和启动从处理器的控制；共享设备用于保存启动从处理器所需的程序和数据，可以是ROM、RAM或者其他存储设备；共享控制模块通过地址、数据总线和控制信号分别与共享设备、主处理器和从处理器连接。

在多个从系统对称的情形下，上述多处理器系统只需要一个多处理器共享控制装置即可，主系统按照一定的次序启动选定的一个从系统后，可以按照同样的步骤启动下一个从系统，依次进行直到所有从系统启动完毕。所谓“对称的从系统”，是指主系统所带的任意一个从系统跟其他的从系统一样。由于每个从系统都是一样的，所以启动顺序是可以是随意的。

在多个从系统非对称的情形下，上述多处理器系统根据需要可以增设一个或多个多处理器共享控制装置，在保证系统功能完整性的情况下最大限度的利用硬件资源。多个共享控制装置可以通过地址、数据总线、其他总线或者特定信号进行区分。所谓“非对称的从系统”，是指主系统所带从系统并非都一样，而是存在不同的从系统。

本发明提出的一种多处理器系统中启动从处理器的方法，所述多处理器系统包括一个主系统、一个从系统以及一个多处理器共享控制装置，所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个ROM、RAM或其他存储设备，所述方法包括以下步骤：

第一步，主处理器启动完毕后，通过共享控制模块将从处理器启动所需的程序和数据写入共享设备中；

第二步，主处理器放弃访问共享设备所需的地址、数据以及其他总线；

第三步，主处理器通过配置共享控制模块将共享设备所需的地址、数据以及其他总线切换到从处理器上，然后启动从处理器；

第四步，从处理器启动后，通过主从通迅接口与主处理器建立通迅链接；

第五步，主处理器根据需要对共享控制装置进行最后配置，以设定共享设备的最后归属权。

其中，所述第一步进一步包括如下步骤：

(a)主处理器对共享控制模块进行配置，以获得共享设备的控制权；

(b)共享控制模块根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，将共享设备的访问控制权交给主处理器，接受其控制；

(c)主处理器获得共享设备内保存的从处理器启动所需的程序和数据的信息；如果从处理器启动所需的程序或者数据不完整，则从主系统的外部通迅接口获取所需程序或者数据并保存在共享设备中。

本发明还提出一种多处理器系统中启动从处理器的方法，所述多处理器系统包括一个主系统、多个从系统，以及当所述从系统是对称的多个从系统时，所述多处理器系统还包括一个多处理器共享控制装置，所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个或者多个ROM、RAM或其他存储设备，或者当所述从系统是非对称的多个从系统时，所述多处理器系统还包括两个或更多个多处理器共享控制装置，所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个或者多个ROM、RAM或其他存储设备；所述方法包括以下步骤：

第一步，主处理器启动完毕后，通过共享控制模块将从处理器启动所需的程序和数据写入选定的共享设备中；

第二步，主处理器放弃访问选定共享设备所需的地址、数据以及其他总线；

第三步，主处理器通过配置共享控制模块将选定共享设备所需的地址、数据以及其他总线切换到选定的从处理器上，然后启动选定的从处理器；

第四步，选定的从处理器启动后，通过主从通迅接口与主处理器建立通迅链接；

第五步，主处理器准备按照设定的次序启动其他从处理器；

第六步，重复第二步至第五步，，直到所有的从处理器启动完毕；

第七步，主处理器根据需要对共享控制装置进行最后配置，以设定共享设备的最后归属权，保证系统的正常运行。

其中，所述第一步进一步包括如下步骤：

(a)主处理器对相应共享控制模块进行配置，以获得选定的共享设备的控制权；

(b)共享控制模块根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，将选定的共享设备的访问控制权交给主处理器，接受其控制；

(c)主处理器获得选定的共享设备内保存的从处理器启动所需的程序和数据的信息；如果从处理器启动所需的程序或者数据不完整，则从主系统的外部通迅接口获取所需程序或者数据并保存在选定的共享设备中。

上述方法述及的共享控制模块可以对多路地址、数据以及其他总线进行控制，并通过地址、数据以及其他总线连接一个或多个共享设备；同时主处理器可以对共享控制模块进行配置以实现对地址、数据以及其他总线的控制和从处理器的启动的控制。

本发明共享控制装置中的共享设备可供多个从系统使用，从而使从系统可以不配备ROM设备，重复利用了硬件资源，减少了组件的数量和成本，降低硬件设计复杂度。同时，主处理器可通过共享控制模块控制从处理器的状态，从而大大简化从系统的启动控制流程，降低了系统控制软件的设计难度。本发明从系统启动所需的所有程序和数据均由主系统通过共享控制模块存入共享设备，而不是通过主处理器和从处理器之间的主从通迅接口传输的，降低了从系统的软件开发难度。同时，从系统启动所需的所有程序和数据的管理和从系统的启动流程都由主系统控制，可以大大增加主系统代码的重用率，也降低了主系统的软件开发难度。

附图说明

图1是本发明多处理器系统的硬件实现原理图；

图2是本发明所述的从处理器启动流程图；

图3是从系统对称的本发明多处理器系统示意图；

图4是从系统非对称的本发明多处理器系统示意图。

具体实施方式

下面结合一个工程实例和附图，对本发明多处理器系统以及从处理器启动方法的具体实施作进一步的详细描述。

图1是根据本发明实施的一个多处理器系统的示意图。如图1所示，多处理器系统包括主系统100、从系统200以及多处理器共享控制装置300，尽管本实施例中只提供了一个主系统100和从系统200，但是本发明的多处理器系统中还可以存在更多的从系统200。

主系统100中包含处理器CPU 110、ROM 120、RAM 130、主从通迅接口140和外部通迅接口150。CPU 110通过地址、数据总线和控制信号连接ROM120、RAM 130、主从通迅接口140和外部通迅接口150。ROM 120只用于存储主系统100启动所需的程序和数据，并不包含从系统200的启动程序和数据。外部通迅接口150可以连接其他设备，作为从系统启动程序和数据的来源。

从系统200中包含处理器CPU 210、RAM 230以及主从通迅接口240。CPU210通过地址、数据总线和控制信号连接RAM 230和主从通迅接口240。从系统200的主从通迅接口240还与主系统100中的主从通迅接口140相连接，从系统200的主从通迅接口240和主系统100的主从通迅接口140并不局限于特定的串行或者并行通迅接口。

多处理器共享控制装置300包含共享控制模块310和ROM 320，共享模块310通过地址、数据总线和控制信号分别连接ROM 320、主系统100的CPU 110和从系统200的CPU 210。

本实施例中，多处理器共享控制装置300的共享设备只包含了ROM 320，但本发明多处理器共享控制装置的共享设备并不局限于ROM设备，还可以采用RAM、SRAM或以太网控制器等其他共享设备，这些共享设备都与共享控制模块310相连接。

接着参考图2所示的流程图，在本发明装置基础上对本实施例中从处理器启动方法的主要流程作进一步的描述。

流程图之前主系统100已经启动，而从系统200尚处于复位状态。接下来，从系统200的启动过程包括以下步骤：

步骤S110，主系统100的CPU 110对共享控制模块310进行配置，以获得ROM 320的控制权，所述配置主要是指设定共享控制模块310的逻辑，包括设置寄存器，或者设定特定引脚的逻辑状态等；

步骤S120，共享控制模块310根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，将ROM 320的访问控制权交给主系统100的CPU 110，接受其控制，所述处理包括切换地址、数据和控制信号到主系统100中，如果控制信号中有时钟信号要消除时钟切换中出现的抖动，使主系统100能够访问多处理器共享控制装置300中的ROM 320共享设备；

步骤S130，主系统100的CPU 110获得ROM 320内保存的从系统200启动所需的程序和数据的信息；如果从系统200启动所需的程序或者数据不完整，就从主系统100的外部通迅接口150获取所需程序或者数据并保存在ROM 320中；

步骤S140，ROM 320此时已经保存有从系统200启动所需的程序和数据的信息；

步骤S150，主系统的CPU 110对共享控制模块310进行配置，以放弃ROM320的控制权并交与从系统200；

步骤S160，共享控制模块310根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，接受从系统200的CPU 210的控制；

步骤S170，主系统100的CPU 110对共享控制模块310进行配置，以启动从系统200的CPU 210；

步骤S180，共享控制模块310根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，启动从系统200的CPU 210；

步骤S190，从系统200的CPU 210启动，从ROM 320中读取启动程序和数据，初始化完毕之后通过主从通迅接口240向主系统100的CPU 110发送建链请求；

步骤S200，主系统100的主从通迅接口140接受到从系统的CPU 210的建链请求后回应，建立通迅连接。

如上所述，从系统200并不包含ROM而是在多处理器共享控制装置300中提供，而多处理器共享控制装置300中的ROM 320也可供其他的从系统200使用，从而减少了组件的数量和成本。同时，主系统100可通过共享控制模块控制从系统200中的CPU 210的状态，从而大大简化了从系统200的启动控制流程，降低了系统控制软件的设计难度。

从系统200启动所需的所有程序和数据均由主系统100通过共享控制模块存入ROM 320，而不是通过主从通迅接口140和主从通迅接口240之间传输的，降低了从系统200的软件开发难度。同时，从系统200启动所需的所有程序和数据的管理和从系统200的启动流程都由主系统100控制，可以大大增加主系统代码的重用率，也降低了主系统的软件开发难度。

上述实施例中只存在一个从系统，但本发明的多处理器系统还可以包含更多个从系统：

图3是从系统对称的本发明多处理器系统示意图。如图所示，主系统100下带有第一从系统2001、第二从系统2002甚至更多的从系统，各从系统结构相同。这种情况下，多处理器系统可以只采用一个多处理器共享控制装置300，主系统100通过多处理器共享控制装置300与各从系统连接，同时还通过主从通讯接口连接。多处理器共享控制装置300中的共享设备根据需要可以是一个或者多个，其类型可以是ROM、RAM或其他存储设备。主系统100按照前述步骤启动选定的从系统后，可以按照同样的步骤启动下一个从系统，依次进行直到所有从系统启动完毕。

图4是从系统非对称的本发明多处理器系统示意图。如图所示，主系统1 00下带有第一从系统2001、第二从系统2002、...、第n从系统200n、第m从系统200m甚至更多的从系统，第一从系统2001和第二从系统2002结构相同，构成一类从系统；第n从系统200n和第m从系统200m结构相同，构成另一类从系统。但是这两类从系统的结构不相同，因此构成从系统非对称的多处理器系统。这种情况下，可以为该多处理器系统设置两个多处理器共享控制装置，分别是第一多处理器共享控制装置3001和第二多处理器共享控制装置3002，以便在保证系统功能完整性的情况下最大限度地共享硬件资源。包含第一从系统2001和第二从系统2002的这类从系统通过第一多处理器共享控制装置3001与主系统100连接，同时还通过主从通讯接口连接。启动该类从系统的所需的所有程序和数据都存储在第一多处理器共享控制装置3001的共享设备中，该共享设备根据需要可以是一个或者多个，其类型可以是ROM、RAM或其他存储设备；包含第n从系统200n和第m从系统200m的这类从系统通过第二多处理器共享控制装置3002与主系统100连接，同时还通过主从通讯接口连接。启动该类从系统的所需的所有程序和数据都存储在第二多处理器共享控制装置3002的共享设备中，该共享设备根据需要可以是一个或者多个，其类型可以是ROM、RAM或其他存储设备。主系统100启动后，按照前述步骤分别通过第一多处理器共享控制装置3001和第二多处理器共享控制装置3002启动相应的从系统。如果其中的一个从系统依赖于另一个从系统的启动，则在启动过程中应遵从相应的顺序要求，可以从当前依赖最少的从系统开始启动；即可以从当前依赖最少的从处理器开始启动。

上述多处理器系统中，第一多处理器共享控制装置3001和第二多处理器共享控制装置3002可以通过地址、数据总线、其他总线或者特定信号进行区分。例如，可以通过地址映射将两个多处理器共享控制装置映射到不同的地址空间中。多处理器共享控制装置一旦区分出来，自然就能够区分出共用共享设备的各从系统，进而完成相应的处理。

很显然，本发明并不限于上述实施例，可以根据实际的需求进行更改和变化，而不脱离本发明的范围和要旨。

Claims (9)

1.一种多处理器共享控制装置，其特征在于包括一个共享控制模块和至少一个共享设备；

所述共享控制模块接受主处理器的配置，实现对地址、数据以及其他总线的控制和启动从处理器的控制，通过地址、数据总线和控制信号与主处理器和从处理器连接；

所述共享设备用于保存启动从处理器所需的程序和数据，通过地址、数据总线和控制信号与共享控制模块连接。

2.一种包含权利要求1所述装置的多处理器系统，其特征在于包括一个主系统、至少一个从系统以及至少一个多处理器共享控制装置；

所述主系统包含主处理器、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、主从通迅接口和外部通迅接口，ROM用于存储主处理器启动所需的程序和数据，主处理器通过地址、数据总线和控制信号连接ROM、RAM、主从通迅接口和外部通迅接口，外部通迅接口连接其他设备，作为从处理器启动程序和数据的辅助来源；

所述从系统包含从处理器、RAM和主从通迅接口，从处理器通过地址、数据总线和控制信号连接RAM、主从通迅接口和多处理器共享控制装置，从系统的主从通迅接口与主系统的主从通迅接口相连接。

3.根据权利要求2所述的多处理器系统，其特征在于，所述从系统只有一个；所述多处理器共享控制装置也只有一个；

所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个ROM、RAM或其他存储设备。

4.根据权利要求2所述的多处理器系统，其特征在于，所述从系统为对称的多个从系统；所述多处理器共享控制装置只有一个；

所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个或者多个，其类型是ROM、RAM或其他存储设备。

5.根据权利要求2所述的多处理器系统，其特征在于，所述从系统为非对称的多个从系统；所述多处理器共享控制装置为两个或更多个；

所述多处理器共享控制装置中的共享设备是一个或者多个，其类型是ROM、RAM或其他存储设备。

6.一种如权利要求3所述的多处理器系统中启动从处理器的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，主处理器启动完毕后，通过共享控制模块将从处理器启动所需的程序和数据写入共享设备中；

第二步，主处理器放弃访问共享设备所需的地址、数据以及其他总线；

第三步，主处理器通过配置共享控制模块将共享设备所需的地址、数据以及其他总线切换到从处理器上，然后启动从处理器；

第四步，从处理器启动后，通过主从通迅接口与主处理器建立通迅链接；

第五步，主处理器根据需要对共享控制装置进行最后配置，以设定共享设备的最后归属权。

7.根据权利要求6所述的启动从处理器的方法，其特征在于，所述第一步进一步包括如下步骤：

(a)主处理器对共享控制模块进行配置，以获得共享设备的控制权；

(b)共享控制模块根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，将共享设备的访问控制权交给主处理器，接受其控制；

(c)主处理器获得共享设备内保存的从处理器启动所需的程序和数据的信息；如果从处理器启动所需的程序或者数据不完整，则从主系统的外部通迅接口获取所需程序或者数据并保存在共享设备中。

8.一种如权利要求4或5所述的多处理器系统中启动从处理器的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，主处理器启动完毕后，通过共享控制模块将从处理器启动所需的程序和数据写入选定的共享设备中；

第二步，主处理器放弃访问选定共享设备所需的地址、数据以及其他总线；

第三步，主处理器通过配置共享控制模块将选定共享设备所需的地址、数据以及其他总线切换到选定的从处理器上，然后启动选定的从处理器；

第四步，选定的从处理器启动后，通过主从通迅接口与主处理器建立通迅链接；

第五步，主处理器准备按照设定的次序启动其他从处理器；

第六步，重复第二步至第五步，直到所有的从处理器启动完毕；

第七步，主处理器根据需要对共享控制装置进行最后配置，以设定共享设备的最后归属权。

9.根据权利要求8所述的启动从处理器的方法，其特征在于，所述第一步进一步包括如下步骤：

(a)主处理器对相应共享控制模块进行配置，以获得选定的共享设备的控制权；

(b)共享控制模块根据配置对地址、数据以及控制信号进行处理，将选定的共享设备的访问控制权交给主处理器，接受其控制；

(c)主处理器获得选定的共享设备内保存的从处理器启动所需的程序和数据的信息；如果从处理器启动所需的程序或者数据不完整，则从主系统的外部通迅接口获取所需程序或者数据并保存在选定的共享设备中。

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