CN102646045A - 多处理器***及其并行启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多处理器计算机***，公开了一种多处理器***及其并行启动方法。实现了主处理器和从处理器启动并行化，加快了多处理器***启动加载速度，减少了用户等待时间。本发明中，***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器；方法包括以下步骤：主处理器启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器；主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器；在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

Description

多处理器***及其并行启动方法

技术领域

本发明涉及多处理器计算机***，特别涉及一种多处理器***启动技术。

背景技术

基于***器件互联(Peripheral Component Interconnect，简称“PCI”)总线/***器件高速互联(Peripheral Component Interconnect Express，简称“PCI-E”)总线的多处理器***启动过程中，目前一般采取的方法是，在主处理器启动完成后，通过PCI/PCI-E总线依次下载各个从处理器启动所需的二进制文件到其内存中，完成从处理器启动。现在看到的改进方法多是从缩短下载文件到从处理器内存这个角度入手，比如：

1)多线程下载各个从处理器的二进制文件；

2)主处理器把从处理器分组，先启动每组的组长处理器，然后由组长处理器再分别启动各组其它的处理器；

3)主处理器把从处理器分组，通过PCI-E交换器(或PCI-E Switch)的多播功能完成各个从处理器组二进制文件的下载；

本发明的发明人发现，上述方法都是在主处理器下载完成后，再来着手从处理器的初始化，因此主处理器和从处理器是串行启动，整个***启动时间将是主处理器启动时间、下载从处理器二进制文件时间和从处理器启动时间三者之和。

如何让各个处理器尽早完成初始化，对于加快多处理器***的启动至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多处理器***及其并行启动方法，实现了主处理器和从处理器启动并行化，加快了多处理器***启动加载速度，减少了用户等待时间。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种多处理器***并行启动方法，多处理器***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器；

处理器***并行启动方法包括以下步骤：

主处理器启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器；

主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器；

在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

本发明的实施方式还公开了一种多处理器***，***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器；

主处理器，用于首先启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器，其次，在主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器，最后在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

主处理器通过主引导程序为从处理器加载启动文件并启动从处理器的同时，加载自身的操作***内核镜像文件并启动，实现了主处理器和从处理器启动并行化，加快了多处理器***启动文件加载速度，减少了用户等待时间。

进一步地，通过根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址以完成从处理器的初始化过程，可以保证总线地址空间的规律性，便于修正总线地址空间。

进一步地，根据从处理器的类别，确定启动时需要加载的启动文件，然后根据启动文件的类别，将从处理器归类分组，这样在主引导程序加载启动文件时可以批量加载，提高加载时效，同时便于多处理器***结构的扩展。

进一步地，主引导程序先为从处理器加载从引导程序，在从处理器启动自身的从引导程序的同时，主引导程序再加载该从处理器的操作***内核镜像文件和文件***，使得主引导程序对从处理器的操作***内核镜像文件和文件***加载与从处理器自身的从引导程序启动并行执行，进一步减少了***启动时间，减少了用户等待时间。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种多处理器***并行启动方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种多处理器***并行启动方法的流程示意图；

图3是本发明第二实施方式中一种多处理器***的操作***内核镜像文件下载示意图；

图4是本发明第二实施方式中一种多处理器***的并行和串行启动对比示意图；

图5是本发明第三实施方式中一种多处理器***的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种多处理器***并行启动方法。图1是该多处理器***并行启动方法的流程示意图。该多处理器***并行启动方法***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器。

具体地说，如图1所示，多处理器***并行启动方法包括以下步骤：

在步骤101中，主处理器启动主引导程序。

此后进入步骤102，主处理器枚举总线上的从处理器。

此后进入步骤103，主引导程序为从处理器加载启动文件。

此后进入步骤104，启动从处理器。

此后进入步骤105，在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动，此后结束本流程。

上述步骤104和105同时执行，并不因步骤序号的不同导致执行先后的区别。

此外，上述处理器为中央处理器(Central Processing Unit，简称“CPU”)，数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)和单片机等处理器类型中的一种或若干种。

本发明第二实施方式涉及一种多处理器***并行启动方法。图2是该多处理器***并行启动方法的流程示意图。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：通过根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址以完成从处理器的初始化过程，可以保证总线地址空间的规律性，便于修正总线地址空间。根据从处理器的类别，确定启动时需要加载的启动文件，然后根据启动文件的类别，将从处理器归类分组，这样在主引导程序加载启动文件时可以批量加载，提高加载时效，同时便于多处理器***结构的扩展。主引导程序先为从处理器加载从引导程序，在从处理器启动自身的从引导程序的同时，主引导程序再加载该从处理器的操作***内核镜像文件和文件***，使得主引导程序对从处理器的操作***内核镜像文件和文件***加载与从处理器自身的从引导程序启动并行执行，进一步减少了***启动时间，减少了用户等待时间。

具体地说：

总线为PCI-E总线。

枚举总线上的从处理器步骤，还包括以下子步骤：

根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址，以初始化***的总线地址空间。

此外，在本发明的其他某些实施方式中，总线也可以为工业标准(IndustryStandard Architecture，简称“ISA”)总线、***器件互联(PeripheralComponent Interconnect，简称“PCI”)总线等总线中的一种，并不局限于***器件高速互联(Peripheral Component Interconnect Express，简称“PCI-E”)总线。

枚举总线上的从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

按序依次访问各个从处理器的配置空间所保存的处理器功能信息，该处理器功能信息包括设备识别码(或称为设备ID)和厂商识别码(或称为厂商ID)。

检测配置空间所保存的处理器功能信息所对应的处理器是否合法。

若合法，则执行初始化***的总线地址空间的步骤。

此外，每个从处理器功能信息包括设备识别码和厂商识别码，由(总线号bus_num，设备号device_num，功能号function_num)唯一确定，0＜＝device_num＜32，0＜＝function_num＜8，其中(0，0，0)是主处理器端的主桥设备。

还包括以下步骤：

根据从处理器启动时所需加载的启动文件类别，预先将从处理器归类分组；

在主引导程序为从处理器加载启动文件的步骤中，主引导程序根据从处理器的类别，为所属组中的从处理器批量加载启动文件。

启动文件包括压缩的从引导程序、操作***内核镜像文件和文件***。

主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

主引导程序为从处理器加载从引导程序。

从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件。

在从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件的同时，主引导程序加载该处理器的操作***内核镜像文件和文件***。

待操作***内核镜像文件和文件***加载完成，主引导程序设置从处理器的内存标志位。

从处理器的从引导程序轮询到自身的内存标志位被设置后，启动自身的操作***内核镜像文件并挂载自身的文件***。

作为本发明的一个优选实施方式，如图2所示，多处理器***并行启动方法包括以下步骤：

上述主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器的步骤104，还包括以下子步骤：

在步骤201中，为多处理器***上电。

此后进入步骤202，主处理器启动主引导程序。

此后进入步骤203，主引导程序为从处理器加载从引导程序。

此后进入步骤204，从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件，在从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件的同时，主引导程序加载该处理器的操作***内核镜像文件和文件***。

此后进入步骤205，待操作***内核镜像文件和文件***加载完成后，主引导程序设置从处理器的内存标志位。

此后进入步骤206，从处理器的从引导程序轮询自身的内存标志位是否有效。

若有效，则进入步骤207；否则返回步骤206，继续轮询检测。

在步骤207中，从处理器的从引导程序轮询到自身的内存标志位被设置后，从处理器启动自身的操作***内核镜像文件。

此后进入步骤208，从处理器挂载自身的文件***，此后结束本流程。

在执行上述步骤206至208的同时，也执行以下步骤209和210。

在步骤209中，主处理器启动自身的操作***内核镜像文件。

此后进入步骤210，主处理器挂载自身的文件***，此后结束本流程。

作为本发明的一个优选实施方式，图3是一种多处理器***的操作***内核镜像文件下载示意图。在主CPU上电后，启动主引导程序BootLoader，其中会枚举PCI-E设备，形成PCI-E设备树，并根据PCI-E设备的BAR(或称为基地址寄存器)空间大小配置合适的PCI-E地址，默认的地址是按照枚举的顺序在固定地址区间分配PCI-E地址的。实际使用中，往往希望根据从CPU的特征和实际需求，对该地址空间进行修正。例如，可以根据从CPU所在的槽位号，分配相应的PCI-E地址，这样的话可以保证地址的规律性。某PCI-E设备的BAR1映射256MB的内存，实际只需要几MB的空间用于下载该设备启动所需的二进制文件。

PCI-E设备(或处理器)的配置空间保存了该设备功能的基本信息，主CPU的枚举工作都是通过依次访问各个从CPU的配置空间进行的。具体来说，PCI-E***中，每个PCI-E设备功能可以通过总线号，设备号和功能号唯一确定的，即(bus_num，device_num，function_num)唯一确定一个PCI-E设备的功能。一个PCI-E***最多可以有256条总线(bus_num＜＝256)，每条总线最多可以挂载32个设备(device_num＜＝32)，一个设备最多有8个功能(function_num＜＝8)。在枚举开始时，总是从0号总线开始，依次尝试读取该总线上各个设备号和功能号组合，如果读取到配置空间内有意义的寄存器值，就会进一步完成BAR地址的设置，另外，对于PCI-E交换器(或Switch)的上行和下行端口还要设置原级总线号、次级总线号和下属总线号。但是枚举过程应该排除连接主CPU的主桥设备(0，0，0)。

如图3所示，根据从CPU的启动文件类别分成若干组：从CPU0，从CPU1......从CPU m，其中m为正整数，每组从CPU启动文件相同。主CPU首先把所有从CPU组的启动文件读取到不同的内存空间，该内存空间作为主CPU的BAR(或称为基地址寄存器)空间，可以被其他PCI-E设备访问。

扫描PCI-E设备树，根据每个从CPU组的设备ID和厂商ID，从中找到该组从CPU成员，并从对应的主CPU内存空间中读取二进制启动文件到从CPU内存中，实现从CPU的启动。接着，对所有从CPU组进行这个过程，直到所有CPU都启动完成。

一般来说，从CPU的启动文件包括从引导程序BootLoader，操作***内核镜像文件ulmage和文件***ramdisk。所有启动文件下载完成后，主CPU需要设置从CPU内存标志位，例如把内存0x403fffc处写为0x12345678，从引导程序BootLoader会轮询该地址处的值，一旦标志位被设置，从CPU将在内存地址处启动ulmage，最后加载ramdisk完成从CPU的启动。

作为本发明的一个优选实施方式，图4是一种多处理器***的并行和串行启动对比示意图，具体地说，为了证明本专利所述启动方法可以加快整个***启动速度，下面通过图4进行说明多CPU***启动过程，整个***的启动时间包括：t0(主CPU启动主引导程序或BootLoader)，t1(主CPU启动内核)，t2(主CPU下载从CPU启动所需的二进制文件或启动文件)，t3(从CPU启动从BootLoader和内核)，传统的串行启动从CPU方式的时间是t0+t1+t2+t3，而并行启动从CPU的时间是t0+t2+max(t1，t3)。从启动时间公式的对比可以看出，并行启动可以节省的时间是min(t1，t3)。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种多处理器***。

该多处理器***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器。

主处理器，用于首先启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器，其次，在主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器，最后在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

主处理器通过主引导程序为从处理器加载启动文件并启动从处理器的同时，加载自身的操作***内核镜像文件并启动，实现了主处理器和从处理器启动并行化，加快了多处理器***启动加载速度，减少了用户等待时间。

此外，上述处理器为中央处理器(Central Processing Unit，简称“CPU”)，数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)和单片机等处理器类型中的一种或若干种。

如图5所示的多处理器***结构可以作为本发明多处理器***结构的一个优选实施例。

本发明第四实施方式涉及一种多处理器***。

第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：通过根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址以完成从处理器的初始化过程，可以保证总线地址空间的规律性，便于修正总线地址空间。根据从处理器的类别，确定启动时需要加载的启动文件，然后根据启动文件的类别，将从处理器归类分组，这样在主引导程序加载启动文件时可以批量加载，提高加载时效，同时便于多处理器***结构的扩展。主引导程序先为从处理器加载从引导程序，在从处理器启动自身的从引导程序的同时，主引导程序再加载该从处理器的操作***内核镜像文件和文件***，使得主引导程序对从处理器的操作***内核镜像文件和文件***加载与从处理器自身的从引导程序启动并行执行，进一步减少了***启动时间，减少了用户等待时间。具体地说：

总线为PCI-E总线。

主处理器枚举总线上的从处理器时，根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址，以初始化***的总线地址空间。

此外，在本发明的其他某些实施方式中，总线也可以为工业标准(IndustryStandard Architecture，简称“ISA”)总线、***器件互联(PeripheralComponent Interconnect，简称“PCI”)总线等总线中的一种，并不局限于***器件高速互联(Peripheral Component Interconnect Express，简称“PCI-E”)总线。

主处理器枚举总线上的从处理器时，先按序依次访问各个从处理器的配置空间所保存的处理器功能信息，该处理器功能信息包括设备识别码和厂商识别码，再检测配置空间所保存的处理器功能信息所对应的处理器是否合法，若合法，则初始化***的总线地址空间。

此外，每个从处理器功能信息包括设备识别码和厂商识别码，由(总线号bus_num，设备号device_num，功能号function_num)唯一确定，0＜＝device_num＜32，0＜＝function_num＜8，其中(0，0，0)是主处理器端的主桥设备。

主处理器，还用于根据从处理器启动时所需加载的启动文件类别，预先将从处理器归类分组。

在主引导程序为从处理器加载启动文件时，主引导程序根据从处理器的类别，为所属组中的从处理器批量加载启动文件。

启动文件包括压缩的从引导程序、操作***内核镜像文件和文件***。

主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

主引导程序为从处理器加载从引导程序。

从处理器启动自身的从引导程序。

在从处理器启动自身的从引导程序的同时，主引导程序加载该处理器的操作***内核镜像文件和文件***。

待操作***内核镜像文件和文件***加载完成，主引导程序设置从处理器的内存标志位。

从处理器的从引导程序轮询到自身的内存标志位被设置后，启动自身的操作***内核镜像文件并挂载自身的文件***。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多处理器***并行启动方法，其特征在于，所述***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器；

所述方法包括以下步骤：

主处理器启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器；

所述主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器；

在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

2.根据权利要求1所述的多处理器***并行启动方法，其特征在于，所述总线为PCI-E总线；

所述枚举总线上的从处理器步骤，还包括以下子步骤：

根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址，以初始化所述***的总线地址空间。

3.根据权利要求2所述的多处理器***并行启动方法，其特征在于，所述枚举总线上的从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

按序依次访问各个从处理器的配置空间所保存的处理器功能信息，该处理器功能信息包括设备识别码和厂商识别码；

检测所述配置空间所保存的处理器功能信息所对应的处理器是否合法；

若合法，则执行所述初始化***的总线地址空间的步骤。

4.根据权利要求1所述的多处理器***并行启动方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据从处理器启动时所需加载的启动文件类别，预先将从处理器归类分组；

在所述主引导程序为从处理器加载启动文件的步骤中，主引导程序根据从处理器的类别，为所属组中的从处理器批量加载启动文件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多处理器***并行启动方法，其特征在于，所述启动文件包括压缩的从引导程序、操作***内核镜像文件和文件***；

所述主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

主引导程序为从处理器加载从引导程序；

从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件；

在从处理器启动自身的从引导程序初始化硬件的同时，主引导程序加载该处理器的操作***内核镜像文件和文件***；

待操作***内核镜像文件和文件***加载完成，主引导程序设置从处理器的内存标志位；

所述从处理器的从引导程序轮询到自身的内存标志位被设置后，启动自身的操作***内核镜像文件并挂载自身的文件***。

6.一种多处理器***，其特征在于，所述***包括：由总线连接的至少两个处理器，其中一个为主处理器，其他为从处理器；

主处理器，用于首先启动主引导程序，并枚举总线上的从处理器，其次，在主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器，最后在启动从处理器的同时，主处理器加载自身的操作***内核镜像文件并启动。

7.根据权利要求6所述的多处理器***，其特征在于，所述总线为PCI-E总线；

所述主处理器枚举总线上的从处理器时，根据从处理器所在槽位号，为该从处理器分配相应的PCI-E地址，以初始化所述***的总线地址空间。

8.根据权利要求7所述的多处理器***，其特征在于，所述主处理器枚举总线上的从处理器时，先按序依次访问各个从处理器的配置空间所保存的处理器功能信息，该处理器功能信息包括设备识别码和厂商识别码，再检测所述配置空间所保存的处理器功能信息所对应的处理器是否合法，若合法，则初始化***的总线地址空间。

9.根据权利要求6所述的多处理器***，其特征在于，所述主处理器，还用于根据从处理器启动时所需加载的启动文件类别，预先将从处理器归类分组；

在所述主引导程序为从处理器加载启动文件时，主引导程序根据从处理器的类别，为所属组中的从处理器批量加载启动文件。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的多处理器***，其特征在于，所述启动文件包括压缩的从引导程序、操作***内核镜像文件和文件***；

所述主引导程序为从处理器加载启动文件后，启动从处理器的步骤，还包括以下子步骤：

主引导程序为从处理器加载从引导程序；

从处理器启动自身的从引导程序；

在从处理器启动自身的从引导程序的同时，主引导程序加载该处理器的操作***内核镜像文件和文件***；

待操作***内核镜像文件和文件***加载完成，主引导程序设置从处理器的内存标志位；

所述从处理器的从引导程序轮询到自身的内存标志位被设置后，启动自身的操作***内核镜像文件并挂载自身的文件***。

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