[發(fā)明專利]用于多核處理器的同步操作的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780038482.1
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN109313581B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: U.埃克爾曼-溫特
• 申請（專利權）人: 西門子交通有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F11/16;G06F9/54
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 孫宛晨;張貴東

提出了一種用于多個多核處理器(MC1，MC2)的同步操作的方法，其中，第一多核處理器(MC1)和第二多核處理器(MC2)每個包括主處理器內核(A1，A2)和用于執(zhí)行實用程序的至少一個二級處理器內核(B1，B2，B3，B4)。僅各個多核處理器(MC1，MC2)中的主處理器(A1，A2)彼此同步。由每個多核處理器(MC1，MC2)中的相應的主處理器內核(A1，A2)控制至少一個二級處理器內核(B1，B2，B3，B4)。由至少一個二級處理器內核(B1，B2，B3，B4)處理實用程序，并生成對相同的多核處理器(MC1，MC2)的相應的主處理器內核(A1，A2)可用的輸出。由相應的主處理器內核(A1，A2)同步輸出來自多個多核處理器(MC1，MC2)的輸出。

技術領域

本發(fā)明涉及用于多個多核處理器的同步操作的方法。本發(fā)明還涉及多核處理器系統(tǒng)，其以這種方式設計，以執(zhí)行多個多核處理器的同步操作的方法。

背景技術

對于安全相關的應用程序，通常使用這樣的方法，其中具有硬件支持的多個處理器(多個CPU)同步運行它們的程序，使得它們生成的輸出是準同時的(在μs內)。經(jīng)由其進行輸出的這些輸出路徑中的每一個也被稱為下面的通道。這些輸出可以在輸出期間通過硬件裝置相互比較，例如，通過表決模塊(voter module)。在三個處理器的情況下，例如，每個處理器生成單獨的輸出(三個通道)，可以檢測到一個輸出的變化，然后可以排除該特定處理器或相應的通道。在兩個處理器的情況下，例如，變化導致兩個處理器都被排除并與外圍裝備隔離，因為不可能確定兩個處理器中的哪一個生成正確的輸出。

中斷表示正在運行的程序的間斷，例如，為了執(zhí)行具有更高優(yōu)先級的程序或任務。為此，在特定點中斷正在運行的程序，并在中斷已經(jīng)被處理完后在該點處再次繼續(xù)運行該程序。在彼此同步的處理器和/或硬件同步系統(tǒng)的情況下，并且因此例如，在時間上協(xié)調到小于1μs的精度，以這種方式施加中斷，使得每個處理器處的中斷在正在執(zhí)行的程序的完全相同的機器指令處中斷。此外，輸入以這種方式分布在處理器上，使得各個處理器總是接收完全相同的輸入數(shù)據(jù)。

為了使處理器的輸出以這種方式在時間上接近，(由略微不同的石英引起的，并且可能還由用于機器代碼的不同周期數(shù)引起的)通道或處理器的運行時間差異必須通過相對于較慢處理器的較快處理器的時間延遲來均衡。為了實現(xiàn)這一點，例如，可以配置整個程序代碼，使得非常頻繁地生成同步調用，從而觸發(fā)每個硬件項目的同步。在其他實施例中，同步被觸發(fā)為輸入/輸出指令的次要影響或者跟隨在特定數(shù)量的存儲器訪問之后。由于在現(xiàn)代處理器中不再存在對處理器的內部總線的訪問，因此軟件通常通過頻繁調用提供用于硬件的同步提示的短函數(shù)來輔助硬件同步單元。中斷只能應用在同步時間點。因此，當在正在執(zhí)行的程序中已經(jīng)進行或進行同步調用(用于同步的特殊調用)時，在所有處理器上精確地處理常規(guī)時鐘中斷(例如，每20ms)和其他中斷。

然而，問題在于該方法不適合于代替單核處理器的多核處理器操作，即對于具有多于一個處理器內核的處理器或具有超線程處理能力的處理器，其因此提供第二虛擬處理器內核。到目前為止，在同步操作中已經(jīng)關閉這些附加的處理器內核，即在同步操作中不使用這些附加的處理器內核。

特定的困難是處理器內核完全彼此獨立地起作用。在這種情況下，硬件的同步邏輯無法決定哪個處理器內核正在同步。因此，處理器的各個處理器內核的同步輸出相互阻礙。例如，由于仍在工作的處理器內核繼續(xù)同步，因此無法檢測到不再運行任何程序或軟件的非活動處理器內核或處理器內核。

因此，到目前為止，每通道僅一個處理器內核已在硬件同步系統(tǒng)中得到充分利用。因此，如果多個處理器內核或其他超線程內核是可用的，則不會使用該計算容量，而如果存在則將關閉該計算容量。到目前為止，硬件同步系統(tǒng)因此純粹是每通道單處理器內核系統(tǒng)。不利地，這意味著僅使用多核處理器或具有超線程能力的處理器的全部容量的相應部分。因此，為了生成附加的并發(fā)計算能力，迄今為止必須并行地操作多個硬件同步系統(tǒng)，相應地表示更高的硬件開銷。

因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種在使用多核處理器時允許硬件同步操作的方法，由此附加處理器內核的計算能力不會保持未使用。