[发明专利]平衡快速外围组件互连带宽的系统和方法

说明书

技术领域

本申请一般涉及改进的数据处理系统和方法。更具体地，本申请针对于平衡多个PCI-Express(快速PCI)适配器之间的PCI-Express带宽的系统和方法。

背景技术

多数的现代计算装置使用输入/输出(I/O)适配器、以及利用由Intel在20世纪90年代首创的外围组件互连标准的某些版本或实现的总线。外围组件互连(PCI)标准规定了用于将外围设备附接到计算机主板上的计算机总线。PCI-Express或者PCIe是PCI计算机总线的实现，其使用现有的PCI编程概念，但使计算机总线基于完全不同、且快得多的串行物理层通信协议。物理层所包括的不是在多个设备之间共享的双向总线，而是连接到确定的两个设备上的单个的单向链路。

图1是根据PCIe规范描述PCI-Express(PCIe)组织拓扑的示例图。如图1所示，PCIe组织拓扑100包括：主处理器(CPU)联合体110；以及耦接到根联合体(root complex)或多根联合体130的存储器120，所述根联合体130即I/O北桥，其按顺序耦接到一个或多个PCIe端点(endpoint)140(在PCIe规范中使用的术语“端点”是指允许PCIe的I/O适配器)、PCI-Express到PCI桥150、以及互连切换器160中的一个或多个。根联合体130表示把CPU/存储器连接到I/O适配器的I/O层级的根。根联合体130包括主桥、零个或者更多的根联合体集成端点、零个或者更多个根联合体事件收集器、以及一个或多个根端口。每个根端口支持分离的I/O层级。I/O层级可以包括根联合体130、零个或者更多个互连切换器160和/或桥150(其包括切换器或PCIe结构)、以及诸如端点170和182-188的一个或多个端点。端点140、170以及182-188例如可以是以太网、SCSI、SAS、或者光纤通道I/O适配器。对于更多的关于PCI和PCIe的信息，可以参考从外围总线连接特别兴趣组的网站www.pcisig.com得到的PCI和PCIe的规范。

CPU联合体110包括一个或多个处理器和存储器(未示出)，并且，驻留于在根联合体130之上的中央电子联合体(CEC)190之中。为了把CEC 190连接到根联合体130，使用有时被称为前端(front-side)总线的总线192，例如，在国际商业机器公司(IBM)企业服务器中，称这些总线为GX+总线。前端总线192具有有限的、已知数量的带宽。例如，前端总线192可以支持4G字节/秒的带宽。

在当前已知的配置中，如果端点140、170以及182-188的PCIe通道(lane)用到它们最大的级别，那么，把好几个抽屉(drawer)与其总带宽可以超过在前端总线192上可用的4G字节/秒的带宽的端点140、170以及182-188串接起来是可能的。在PCI标准中的“通道”是不同的信号对的集合，一对用于传输、且一对用于接收。在PCI标准中的“by-N”链路包括N个通道，例如，“x8”链路或槽(slot)支持到达/来自I/O适配器的流量的8个通道。如果经由端点的PCIe通道的流量超过了前端总线192的可用的带宽，则不能保证将达到每个I/O适配器的期望性能，并且，可能随着同步I/O适配器出现问题，所述同步I/O适配器即这样的I/O适配器：其数据传输(例如，与时间相关的诸如实时语音和视频的数据的传输)具有在数据分组传输之间的相同的时间差上传输的数据分组。

PCI-Express可通过创建流量类、以及可以定义哪一个流量具有优先级以及每个通道可以使用多少缓冲空间的虚拟通道，而试图解决这种问题。此解决方案的问题在于：该行业还没有试图利用这种架构特点。由于以尽可能针对操作系统和固件而透明的方式、执行从PCI-X到PCI-Express的过渡，所以，该行业还没有利用多流量类以及虚拟通道。为了完全地利用流量类和虚拟通道，操作系统和固件将不得不意识到这些特点，并且，为了利用这些特点，需要写入新的代码。然而，基本集成操作系统(BIOS)以及已知的操作系统，如微软Windows和Linux，并未作出这种修改，而是尚未为支持多流量类和虚拟信道进行必要的修改。

进一步，从硬件的角度看，对多流量类和多虚拟通道增加支持需要芯片区域的增加的复杂度，例如，仲裁和流控制。此外，由于每个虚拟通道将需要它自己私有的存储器用于发送和接收数据，所以，增加这些支持需要附加的芯片成本开销(real estate)。结果，硬件制造商没有实现对多虚拟通道和多流量类的支持。