Многоуровневая подсистема обработки прерываний

(5 т)5 С 06 Р 9/46 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) МНОГОУРОВНЕВАЯ ПО 1 СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ПРЕРЫВАНИЙ(57) Изобретение относится к средствам вьгиспитетгг той техники ц может быть использовано при сг зданииМультипроцессорных систем, в частности управпяюгих мультипроцессорныхсистем повышенной надежности, 11 епьизобретения - повышение быстро;ействия при идентификаггиц и обслужиИзобретение относится к средствам вычиспитепьнои техники и может быть использовано при создаии мупьтипроцессорцых сис.тем, в частности уирапяюцгих мул ьтипроггессорцых систем повыгценно надежности.Пепь изобретения - гговыггегге быстродействия ири идентцфикаггии и обслуживании экстрецньг; зацргсоц прерывания и расширения,На фиг. 1 предстапена топопогическая структура мультипроцессорной системы реального вело;,; составе которой фуцкииоцир.т многоуровневая подсистема обрао;лц ирерыва,801624448 А 1 вании экстренньгх запросов. Подсистема содержит контроллеры прерываний,системньд блок прерываний, содержагций контроллер прерываний, мультиплексор, шифратор и блок памяти цретрансляторы 7, каждый из которыхсодержит элемент задержки, элементИ-ИЛИ, демультиппексор, дешифратор,счетчик, элемент ИЛИ и инвертор,Подсистема обработки прерыванийобеспечивает обработку запросов прерьгваний каждого из процессоровсистемы, работаюих в автономных режимах, и обработку запросов прерывания системы в гтроцессоре. Приэтом подсистема обеспечивает идентификацию запроса в минимальное игарантированное при любых усповияхработы системы время. 3 ип,ний, на фиг, 2 - функггтгнапьная схема подсистемы обработки прерываний;на фиг. 3 - функгрональцая схемасистемного блока прерываний.Мупьтипроцессорцая система (фиг.1)содержит процессоры 1, системноезаполинаюггее устройство 2 (ЗУПВ),блок 3 уиравпенця гбгггмт ресурсами3,системный блок 4 прерываний, системную магистраль 5,Подсистела обраб т прерываний(фиг.2) содержит сисгс лглгй блок 4прерываний, систе,сную .цгцс граль 5,контроллеры ирерыг цццц 6, ретрац1624448 сляторы Iкл кдый иэ которьГх содер)э Г )лемецт 8:)ддс ржки, злемецт И-ИЛИ Ч дему)ьтГплексор 11 денпЮ- рдтор 11, счетчик 12, .)лемент ИПИ 135 и ицвертс)р 14.Подсистема содержит группу входов 15 подсистемы для экстренных запросов, выход 16 )апретд смены злдатчика подсистемы группы входов 17 текуцих запросов цодгистемы, шины 18 данных подсистемы, входы 19 по)тверждения запроса подсистемы, выходы 2(1 обего эапрог.л нодсигтемы.Системный блок прерываний (Лг.З) содержит ко)трлллер прерываний 1, мультиплексор 22, щифратор 3, блок 24 памяти.1:одсистемл Обработки прерываний функционирует в составе мультипроцессорной сис Темы и Обеспечивает ее эффективную рдботу в масщтдбе реального времени. Мул,т)процессорная система (фиг.1) состоит иэ процессоров 1, ко Горые в эавгГмости от ее конкретно го использования могут быть, клк цецтрлльцыми процессорами, образуюиим вычцслительнук) подсистему, так и процессорами ввода-вывода, образующими подсистему ввода-вывода в любом соот- НОЩЕЦИИ СИСТЕМНсн О ЭаПОМИ)ЮГ)ЕГО УГт - ройствл 2 произвольной выборки, исполь 1 уемого в режиме коллективного досупд, блока .1 управления обИми ресургдми, который выполняет Аункцн35 системного дрбитрд и Обеспечивает дсступ пюбого и.) процессороц 1 к общегогтояия гистмы нд длц ( (; момент40 1)Ремг 3 и кО ОРОР )3 ", )1 тип "ОдессОР системным ресурсам в гоответстви) сустацовк)енной структурс)й приоритетов,системный блок 4 прерываний и магистрдль 5, которая Об)ьедицяет Г)г.густройства системы по магистральномуЦО)(ШМИ ф ЦК)ИЯиц ЦОДСИСТЕМЫ обрдбо Г ки црер)вдцГ чяетгя 1)осгрия- ГИГ )д Нр )С )3 1)рр (Г) ц 1К) ГйрьГ ИЛИ ии 1)Ут.Я 1 Пои 3)3:1) О 33вР)мци Г 11)Г ВР э ИИ К 130 ец 1 И ОГ)р:;г Ол113(х собьТИ)1.)ибо во вцс(е)реле Г 30(ци)Г)и устройс)вль 3,.(бс) в гите но гр де сис г)ц)1)ми средствами, О р,)бс)ткд эдпросов в сс)ответстшцГок)33)0) структУРС:й ПРИОРИтгтОВ .)Л)1;: )С В ЦРг РЫВДций, причем кдж,)ый )(э контроллеров6 црс ры)диий и конт)оллер 21;рс рыВаНИй ИМЕЮТ СВОК) гт;)УКтУРУ ПРИОРИТЕтон, формировдни -)бп;г системногозапроса в процегсср 1 цлхо;,эвВйся13 сИс Тс.) 1 НОМ Г) СжГ 1 Гока ь)РХ Об -щих эа 1Г 33 13 1 Г)Одесс рн ) ндОдя)Гие я в дтн(омигк рекмах;)ос)риятие и рдгпрее" с Гие г)гндгов подтверж;)еция црер)п),) цят црс) ессоров 1 1)абйткл и Г"д д срРстдм процессороГ) 1 ицзг ргп)"Гс)3х 3 вс)цнтерфеи цых иекгороц Грс р)и)аний, д )д кже Обсгпеци 13;)же)ГИОпреры 3) ций,11гз)г(г)суча: с. ОерГИость успех Обработки ) л О О - )ибо иэ запросов Г(Р 1113)лци( кк)11-.)И) ) 1 РОГегсо ром 1 му,(иг)р; г .)рцой гистемь), если для 1; г тр,суг ( я доступ к с) щеСИГ ГМЦМ г) и УР, г(, ) ЛГСт ОТ С 3 ПУ турри)ри Г гГои )г:) 1)Рсс 3 т 1,. ДОмКОИ Грод.:С рс Ир . ( д)цй - ца .ЕПВОйс тунец Обрлблтк, )г )рук;урЫ приОритетс)и процесс роГ) 1 сГсз эмы вблоке упр 3 е1б Г)м;1 гс)сурслГ Э -на вт рой .туп );и обрабо Г) и От нойиг Гсе р лцного р Г)ГГ неп)едГКДЗУЕМО В Каж,цй )ЕПУЮП: Г М)г;Ентпринципу. Подсистема обраб)утки прерывании 45 (фиг.2)архитектуре мупьтипроцессорцой сис Темы является функциональнозакон) е)ным г труктурным элементом, обеспечивл)в 3 м попдсржку режима реального време)и(, которым по существу и Определяе Гся уровень упрлляюих Функций вгей сц)темы. Географически блоки подсистемы обработки ирерь)вдций рассредоточгцы цо у тройствам систеМы, однако сиц:тио их цазцдчеция, взаимосвязи и взаимодействие Определяют их функционал.н)е и структурноеЕДИНСТВО И В) Ь)ЕЛ)и)Е В ГЛМОСТОТЕГ)ЬНУЮ Г 01 ГИГ Г Г)( времгни.При ь ест 011 Гр)1)я зъе,г Г )1 )Г-либо запроса прсрыз)иеос.) О;3 изОцт,)слерг)в 1(рР;)(1)д 1(й (напри)р ихОДЯ 3 1 ;.г тл 13 )г) Це Гсо) з) кКРН 1 Р.Г ЦОГ(У ИЭО .Сг), Г)ГС 1 гГЬ: ЦЕ 3 и 3 Г )ж 11" ,: 1 д 1О3Г ). и д 1 )1 тс, 3 а1 " ИСгС )И)ИМ 1) ц ОС 1 р.Г г)срд О Г К 3 З;(ППО- сл.1 )к,ег ш Г момент .с, г )ения запроса нд и,) г):грд.и р ботлгт,г)русс й про- ЦСС СОР, О ПРОЦЕСГ;), ОГ)ра;д 1 ГаГ)33 Эа - прс с,лс)лж.ц 1)ыпос)ци ( ь цроцеду; з; .;ва -а м,:гис) рд ипри )ем "спс)х з )х 1 тл ЦОЛЦОС Т ЬЮ Эа )ИС)Г, ) Г ООТНС ЕЦИЯприОГт.тов Об ;:)роГессГ)ров : Такжс,з ргих 1 роц. г -01 3 грете)дуюГх В 1 ЦНЬ 3 МС)МЕН Т Н,";Л 1 ИС,) ЛЛЬР ЧЛСТности, если приоритет работающего процессора ниже, то время обработки запроса прерывания увеличивается на время захвата магистрали, если вьппе - время увеличивается на неопределенную величину.Подсистема обработки прерываний позволяет обрабатывать определенные типь 1 запросов на прерывание с минимальными временными задержками. Подсистема содержит шесть активных узлов- контроллеров прерываний, способных непосредственно воспринимать запросы и осуществлять их приоритетный анализ. Сигналы запросов прерываний поступают на запросные входы 15, 17 контроллеров. В пределах каждого контроллера приоритет запроса определяется номером запросного входа на который он поступает, самый высокий приоритет имеет первый вход, самый низкий - последниИ. Конкретное распределение этих сигналов определяется для каждой конкретной системы в соответствии с их значимостью, как это обычно принято. Однако распределение сигналов запросов по контроллерам подсистемы имеет следующие особенности. На запросные входы контроллеров 6 подключены группы запросов, которые инициируются событиями регулярного характера, как вс внешней управляемой среде, так и в системной среде. Эти запросы обрабатываются тем процессором 1, в состав которого входит контроллер 6. Обработка выполняется с внеинтерфейсным вектором, а подпрограммы обработки рсззмещаются во внутренней памяти процессора 1. Как правило, обработка гаких запросов не требует обращения к общесистемным ресурсам, поэтому время обработки полностью определяется приоритетом запроса в контроллере 6. Если же для обработки запроса прерывания требуется доступ к общесистемным ресурсам, то и в этом случае время реакции системы на запрос не увеличивается, так как обрабатывается прерывание с внеинтерфейсным вектоРом. Однако, при этом возможно увеличение времени выполнения подпрограммы обработки прерывания, связанное с необходимостью выполнения процедуры захвата магистрали 5 через блок 3 управления, но поскольку на запросные входы контроллеров 6 подключаются только яялросн ретулярнык сотйТттп,то это обстоятельство легко учестьпри распределении приоритетов.5При поступлении на вход 17 запроса контроллер 6 н соответствии свложенной структурой приоритетов формирует на своем выходе сигнал, которыи через ретранслятор поступает навыход 20. При поступлении с входа 19сигнала подтверждения прерывания, который через ретранслятор 7 приходитна вход контроллера 6,последний выставляет на шине данных вектор пре 15 рывания, приняв вектор прерывания,процессор 1 выходит на подпрограммуобработки,На запросные входы контроллера 21,входящего в состав системного блока 204 прерываний, подключены запросы прерываний инициируемые событиями нерегулярного характера, которые должны обрабатываться с минимально возможными задержками. Запросы могут 25формироваться как в системной среде,так и и среде управляемых объектов,как правило эти события идентифицируются с аварийными состояниями. Вобъекте управления, например, это 30 может быть критическое состояние объекта, когда необходимо с максимальной скороСтью выполнить действия,предотвращающие аварию объекта.При поступлении сигнала запросапрерывания на соответствующий вход15 контроллера 21 последний в соответствии с вложенной структуройприоритетов формирует на своем выходе сигнал общего запроса, кото рый поступает на вход чтения блока24, на другие входы блока 24 поступают сигналы разрешения доступа кобщественным ресурсам с системноймагистрали 5, которые формируются в 45 блоке 3 управления общими ресурсамии определяют номер процессора 1,активного в данный момент на магистрали 5. Таким образом, в соответствии с кодовой таблицей, зашитой вблоке 24, сигнал общего запроса свхода поступает на тот из выходов,который определен кодом на общеймагистрали, одновременно на выходеблока 24 появляется активный сигнал,который, поступая на вход блока 3управления общими Ресурсами, блокирует на время воэможность сменыактивного на магистРали 5 процессора 1. Благодаря этому сигналу иск 7 1624448 8лючдетгя потеря в системе запросапрерывания по причине совпадения вовремени процессов обработки запросана первой стадии и смены активногона магистрали 5 процессора 1 далее,когда активный процессор 1 приметвектор прерывания и выйдет на подпрограмму обработки, он установитмонопольный режим, при которомсмена активного процессора 1 невозможна в течение всего времени обработки, необходимость в сигналезапрета отпадает,С одного из выходов блока 24сигнал общего запроса поступает через ретранслятор 7 в активный процессор 1. Последний формирует сигнал подтверждения, который поступает на соответствующий вход мультиплексора 22 в системном блоке 4прерываци 1.На адресные входы мультиплексора 22 поступает двоичный код свыхода шифратора 23, входы последнего подключены к линиям общей маги 102025 страли, поэтому двоичный код на выходах отражает номер активного процессора 1, Таким образом сигнал проходит на выход мультиплексора 2, с 30 которого поступает ца вход контроллера 21, По этому сигналу контроллер 21 выставляет нд шину данных вектор прерывания, который и воспринимается активным процессором 1, так как именно он подключен к магистрали 5.Ретрансляторы 7 предназначены для выбора и передачи сигналов с входов 19, распределения и передачи сигналов на выходы 20 и обеспечения режима вложецных прерываний при подключении блока 4 прерываний. Входными сигналами для каждого ретранслятора 7 являются сигналы общего запроса с системного блока 4 прерываний и с собст венного контроллера 6 прерываний, причем первый поступает через элемент 8 задержки ца третий вход, а второй на первый вход элемента И-ИЛИ 9. Сигнал запроса с системного блока 4 прерываний поступает также ца вход прямого счета счетчика 12, устацдвэ(иван его Первый выход в состояние "1". В результате ца выходе элемента ИЛИ также установится уровень "1", который разреши 1 прохождение сигнала с элемента 8 задержки через элемент И-ИЛИ 9. Л уровень "0" с выхода инверторд 14 одновремеццо (дпретцт прохождение сигналов запроса с контроллера 6. Таким образом, сигнал эд(ровд прерываний с системного бэ 1 к; 4 прерываний получает пргиэрит т о отношениюк запросу с коц 1 оо.(лепд 6 и поступает через элемент И-ИЛИ 9 ьа выход20 сигнал подтверждегин с входа 19поступает нд демульти(лексор 10, пер,вый выход которого подключен к входуконтроллера 6, а второй - к входу системного блока 4. При этом, если запрос поступил с системного блока 4,то уровень 0 ца выходе ицвертора14, подключенного к упрвл(ющему вхо -ду демультиплексора 10, вкпючит канал вход-выхд 2;(емультиплексорд 10и сигнал поступит цд системный блок4 прерываний,Уровень "0" с цхода ицвертора 14поступает также цд прдвляюлц вход дешифрдтора 11, рдэрешдн его работу, входы которого под(:,ючецы цд пп(цу данных процессора, (е(иАрдтор 11 настроен ца код соо(ветствую(1(ий команде окончания подпрограммы обработки прерывания. Таким образом, после обработки прерывания последняя команда и подпрограмме улдцливаетсн дешифратором 11 и сигнал с его выхода поступает ца вход ебрдтного счета с (етчикд 12, обцуцнн его вьходы и,следовдтельцо, восстдцагэвдя каналы контроллера 6.Счс тчик 12 и ээ(ел(ецт ИПИ 13 позволяют обеспе 1(ить вложенность прерываний с систел(ного биска 4, Тдк, если во время обработки запроса с системного блока 4 поступает ещезапрос, то код нд ныхде счетчика 12 автоматичес,и уволичиваетсн наединицу, удерживал состояние выхода элемента ИЛИ 13. Госле обработки нового запроса через дешифратор 11 счетчик 12 уменьцт код цд е;(цницу, сохранив при это( с тоячие в(хода элемента ИЛИ 13, и только пс.(е обработки первого эдп осд окоц 1(дтельно сбросится, откнаучив системный блокПодсистема обработки прерываний обеспечивает обр(ботку эапросоц :рерывания каждого иПроцессоров 1 системы, работаюсь(их в автономных режимах и обработку запросов прерывания системы в процессоре 1, выпоэ(цяюем в ддццый мент д)уцкци коцтроэ(лорд сист .(ы .т, е. рдботаюегс ц ссемц(эл ре д,цл(е ) . Г 1 ри этом/ поступаюегс цл сист миий бпок и прерываний, в минимальное и гярлцтирс - ванное при спюбых уссп виях работы системы врс.мя, так клк запрос Обс: уживается процессором 1, вкпю еш(им в данный момент на магистраль 5 ,отсутствуют процедуры выбора процессора и захвата л)агистрдп . 10 формула изобретения Многоуровневая )одсистема обрдботки прерываний, содержагдя группу контроллеров прерываний,группы запросных входов кадого пз которых нвдян)тся группами входов геку)Пх запросов прерывания подсисте(и, вхо;л(-выходи данных контроллеров црсривлций группы являются )ивами,пдцц)(х ПО)(систел)и,45 отличаюд я с я тм, то, с цепью повь(ения бысгродеиствця при идентификации и Обслужианин экстренных запросов прерывания,ц цее вцедеш) 25 системный блок прорыва)511, сдержа(и контроллер прс рьц)дний, муг)ь) иппексс р, 5 ифратор и бпок плмнти и группу ретрансляторов,каждый и з которьх СО)ержи) элемент задержки, эпемец И - ИЛИ,пел)уиь- З 0 типлексор, до 1 ифрд т Г)р, счет ик, э;)емент ИЛИ и ицвертор, пр)(чсм группа запросных входов контроллера прерываний систеМного блока цреривлий является группой входои подсистемы, для экстрецньх запросов прерывания группа входов-вьгходов;дцц),х коцтропперл прерываний системного б:ока прерьнаний соединена с шиной даццых подсис- ГЕМЫ, ДЛЯ Г(ОДКП(П(ЕН К СИС.ЕМО)5 40 магистрали, входи )ирд(оря и адресные входы б тока пдмяи с цстемного блока прерьи(лцй яв:яюгся входами идентификации:)л:(ятчцкд подсистемы для гопк;ипчешя к системнои магистрали, ко(срые подключеи к входу разре)(ения доступа (иы управгения обими ресурсами подсистемы дгя подГг)ючсц)(я к с)с) ем(ой магистрали, клжпий 1(1(ход груг(пы вьгхо 50 дов блока памяти сисгемОГО блокапрерываний подьлючег с с амтв.тств)щчс)л) ретрансляторе групи к сулл)прую)ел)у 11Входу с четч)1 с( и ( Рр е з )1 е 1 и т л -держкц к псрн му )хо;, )Гел( цт,(И-И.П 1, вьгход Г);Ока 1)дмн ти Г.)1 с тели(О - го бдэка прер(и яц(й ярг(яется вхоДОМ ЗДПРС". Л СМЕЦЗЛДД ГЧИКЛ )ДСЦС -ТЕМЫ И ПОДК(ПЯ "Ц Ь ОДЦОИМЕЦНОМУ ВИ-. ходГу ци)ы упр, вГ)ц)(я Обивми ресурСЛЛВ 1 ПОПСИСТРМ 1(, .Я ПОД,.ИГ(ЧЕН 1)Н К сцс гемцой магис трдГп 1, клжды( Пх; группы инск рмлгио) гх входс в мул типлекссрд с:(стс м (Огс бп)ьл прерываний гО)(сис тсмы с,);" .с:и с пс.рным виходо)м;емудьти(:.пексорл с Ответствуег О ре) р,.цспято 1 л г 1 уппы, вьхо;)ь )1)фрлторд и ситемном блоке прсриВднцй СОЕД)1 ЕЦИ С ЛПРЕСШ ГМИ ВХОДЛМЦ мультиплексора, вых; . . тс рог подключен к вхс;(у г(сгтцср;с(.ця греры - нация коцтро;перл )рер)наций с 1.темОго бдокз прерь;дций, г(хо; обгяого запроса Оторого сс е;п)цс и с вхсдом чтения бдокл пдмят)1 системного бпокл пр рывд 11, иых гь Обпг запросов каждс 1 О контролс(е 1 л пГ.ривлш)й группы сое;ицени с гтр)(л)( к:литл) 5)1 эчемецтов И - ИЛИ соотве)стцГ15 ретрлцспя - горов группы, цтс 1 тй ги х, д дс мудь ги - пп ксора клк; с.О ретрлнсднторл групп пкхичс (; нх) пос(Г 1 с 1)я)И 5 я пров ривдцця О;О)(мецО с коцтродперл ПРЕРЫВЛ(1)Я ГР 1.11 11 Г)РЯ 1 ИОЦЦ 1)Е г)ходи деш)(фрл горд г .:+ 1 к ретрац - СяяторЕ ГруЬ) ПГ)СИГ)е( И К СПИНЕ Паццых с(бс млгцс грлп)1, выхпп,)О(иЛ- раторл псдкпючец к хо у вытлшясчетчика с)(оег о р(тг).) цс:ятор 1 группы, выходи которо) О сег 1(цен)( с входлми э емецтл ИЛИць;". Г(; ко торс)ГО по,к:ючек тр г .у их п, пел)вта И-И.1 И и входу ццврторл сво:го ретра спят Ор;1 груг(11 11 хо,) ицвс 1)тора СОЕГ(ИЦЕЦ С ТРСН РУ(Д(111 )ХОДОМ ДЕ);И)С - рлторл с входом )игборл ьлцддд демультиплекс:Оря 11 сс г.)р ь(л) ходом элемента 11"ИЛИ с.О го 1 трлсднтора Гр.пни 1(11 х)Г ол):-( 1-1 Л 11 ксъ)ОГО ре граце (нторл г руи 1 в);нс гся вьгхс- дс). Об 1:сгс э )1;)ОсОг "-(е;, клж - ПЬ)1 5(ХОД ПГ ГСГ).:1,:-, -. (ОС Л 1 СС)т) рои с Оедпсс 1)1)р (я)и( 1 (и)1 вхо;с)л Де)1 У 11,)15(1,Г Рл ; з (сОГО 1)етранс.",яторл 1(", и( .Гос гавитс.цц 11, Еудрцш нТсхрсд ,", ц.ц к оррс к,р 1, Га;.;и рок, в Редактор Л.,ЧопициЗаказ 190 Тираж 11 пписцлс В 1 ППИ Государств цц:г ко.итета пг изсбретецияи и откриг 1 гяи при ГК 11 Т СССР. 11 3,)З 5 ксива, Ж, Рауша как цаб., д. /5 Производствеццо-и д". . гцг ки: кокбиццт "1 цтсцт, г, ът ород, ул, Гагарица, 101