MULTIPROCESSOR CENTRAL CONTROL UNIT FOR A TELEPHONE SWITCHING SYSTEM

Abstract: The unit has a bus system (B:CMY), to which the processors (CP, IOC), which have their own local memory (LMY), are connected, and which is allocated sequentially to different ones of the processors (e.g. CP1, CPx, IOC0), and a main memory (CMY), which is connected to the bus system (B:CMY) and to which the processors (CP, IOC) sequentially have access via the bus system (B:CMY) in accordance with the allocations of the bus system (B:CMY). In order to carry out all the switching-oriented functions relating to special connections of telephone subscribers, e.g. speech path selection, switching through, charge accounting, call progress tone control, acceptance and recoding of call number, clear-down of connecting path, etc., the local memories (LMY) of all the processors (CP, IOC) having an at least partly identical catalogue of tasks store correspondingly identical control sections, which are required frequently or, in the case of a fault, immediately as well as data which are specially required for a single connection of two arbitrary telephone subscribers in relation to the current processing step, e.g. for the purpose of speech path selection. By contrast, in addition to control sections that are seldom required the main memory (CMY) also stores local data on a large multiplicity of current connections. <IMAGE>

Description: Multiprozessor-Zentral steuereinheit eines Vermittlungssystems insbesondere Fernssrech-Vermittlungssystems. Die Erfindung geht von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Multiprozessor-Zentralsteuereinheit aus. Zentralsteuereinheiten gemass dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche also aus einer höheren Vielzahl von Prozessoren bzw. Rechnern - welche keine eigenen lokalen Speicher oder welche eigene lokale Speicher haben - it Hilfe eines allen Prozessoren beziehungsweise Rechnern gemeinsamer. bussystems gebildet werden, sind für sich seit Jahren n der Diskussion, in verschiedener Weise entwickelt und, jedenfalls zum Teil, zumindest versuchsweise realisiert. Sie können insbesondere für ein besonders grosses Rernsprech-Vermitfilurgssyste: verwen det werden, bei denen die einzelnen, für 1 Verbindung jeweils nötigen 3earbeitungsschritte zwar kurz, oft nur wenige Takte lang dauern, bei denen aber häufig eine hohe Vielzahl von vermittlungstechnischen F'###tionen simultan bzw. quasisimultan für die vielen gleichzei- tigen Verbindungen durchzuführen sind, wie z.3. die Uberwachung des Teilnehmers auf Abheben und Rufnummern- wahl, Wegesuche, Wegedurchschalvung, Signaltöne, Gebührenerfassung, Ansagen, Facilities verschiedenster Art, usw.. Solche Zentralsteuereinheiten müssen also eine hohe Verarbeitungskapazität sowie eine extrem hohe Verfügbarkeit, also möglichst nur Minuten oder Sekunden Totalausfallzeit pro Jahr, aufweisen. Sowohl hohe Verarbeitungskapazitäten, hohe Verfügbarkeit als auch Ein sparungen beim Hardwareaufwand sind für sich bekannte Aufgaben von derartigen Multiprozessor-Zentralsteuerein heiten Bussysteme, welche den verschiedenen Prozessoren einen wahlweisen Zugriff auf den daran angeschlossenen Hauptspeicher mittels Arbitern ermöglichen, sind für sich in verschiedensten Varianten bekannt. Darunter gibt es auch ausserordentlich komfortable, vielseitige, ausserordentlich sichere Bus systeme mit gedoppelten Bussen und mit hoher Verfügbarkeit, vgl. z.B. die nicht vorveröffentlichte DE-OS 33 28 405. Die Aufgabe der Erfindung ist, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Multiprozessor-Zentralsteuereinheit mit Prozessoren, die simultan mit verschiedensten Aufgaben befasst sind und entsprechend simultan verschiedene Verarbeitungen durchführen - insbesondere jeder Prozessor eine andere momentane Verarbeitung, soweit sie nicht eine Pause einlegen - so weiterzubilden, dass - einerseits der Hardwareaufwand gering ist und - andererseits die Gesamtdauer der, Belegung des Haupt speichers durch die Zugriffe eines Prozessors zum Hauptspeicher möglichst gering ist und - durch den Ausfall eines einzelnen Prozessors im all gemeinen keine oder nur 1 gerade bearbeitete Verbin dung gestört wird, also die Störung sehr gering ist, abgesehen von eventuellen Sonderfällen, in denen 1 Prozessor auf mehrere Verbindungen einwirkt, z.B. gerade allgemeingültige Daten im Hauptspeicher verän dert. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch genannten Massnahmen gelöst. Die Erfindung wird anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches in der Figur gezeigt ist. Die Figur zeigt eine Zentralsteuereinheit, bei der z.B. zwölf Prozessoren CP, sowie mehrere Prozessoren IOC über das Bussystem B:CMY mit dem Hauptspeicher CMY zusammenarbeiten. Aus Sicherheitsgründen ist das Bussystem gedoppelt, vgl. B:CM#und B:CMY1, evtl. Guch die Prozessoren CP/IOC. Die-bevorzugt im wesentlichen untereinander gleichaufgebauten - Prozessoren CP führen, zumindest wenn genügend Verbindungsanorderungen vorliegen, simultan 9- weils vermittlungstechnische, sicherungstechnische und/ oder betriebstethnische Funktionen aus. Jeder Prozessor CP enthält neben der eigentlichen, übrigens ebenfalls gedoppelten Prozessoreinheit PU jeweils den pro- zessorindividuellen lokalen Speicher LMY besonders für D ten, welche er zur Bearbeitung einer speziellen vermittlungstechnischen Funktion für 1 Verbindung zwischen zwei beliebigen Vermittlungssystemteilnehmern benötigt. Diese Daten können hierzu zuvor aus dem Hauptspeicher CMY abgerufen worden sein. Ferner enthalten die lokalen Speicher LMY die vom Prozessor am häufigsten/dringendsten benötigten Programmabschnitte. Da viele der Prozessoren einen identischen oder weitgehend identischen Katalog von Aufgaben zu bearbeiten haben, z.B. alle evtl. vorkommenden vermittlungstechnischen Aufgaben selbständig lösen können müssen, speichern deren lokale Speicher LMY - zumindest teilweise - identische Programmabschnitte. Bevorzugt speichern sie hierbei jeweils auch jene Programmabschnitte, welche im Störungsfall zum Anlaufen und zur Fehlererkennung vom betreffenden Prozessor benötigt werden, so dass in solchen Störungsfällen nicht erst zeitraubende Zugriffe auf den Hauptspeicher CMY nötig sind. Die Prozessoren IOC haben acht besondere Ausgänge 0 bis 7 mit Bussen B:IOC, über die sie mit IO-Units IOP und peripheren Einheiten MBG des Fernsprech-Vermittlungssystems, z.B. mit Leitungsgruppensteuerungen, Tongeneratoren, Gebührenzählern usw., kommunizieren. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel ist der an das Bussystem B:CMY angeschlossene Hauptspeicher CMY aus vier verschiedenen, überdies in sich jeweils aus Sicherheitsgründen gedoppelten Speicherbanken Mio... MB3 aufgebaut. Sie speichern die wichtigsten Daten über alle Verbindungen des Vermittlungssystems, sowie die seltener benötigten, sowie die - auch in Störungsfällen - von den Prozessoren nicht mehr dringend/sofort benötigten Programmabschnitte. Im Prinzip können alle Prozessoren CP/IOC über das Bussystem B:CMY Zugriff auf alle Daten des Hauptspeichers CMY bzw. auf alle Daten der Speicherbanken MB haben, soweit nicht - z.B. durch Beschränkung der Adressen - die Berechtigung des Zugriffs eingeschränkt wird. Die Figur zeigt ferner periphere Einheiten MBG des Fernsprech-Vermittlungssystems, welche mittelbar oder unmittelbar auf die Leitungen des Vermittlungsnetzwerkes einwirken, z.B. im Rahmen der Wegesuche, Durchschaltung, Signalisierung, usw.. Diese peripheren Einheiten MBG sind hier gedoppelt, vgl. die Auskreuzungen der Leitungen. Sie besitzen im gezeigten Beispiel eigene IO-Units, vgl. IOP:MB. Es sind weitere solche IO Units an die lokalen Busse B:IOC angeschlossen, vgl. IOP, welche jeweils zwar mit weiteren solchen peripheren Einheiten verbunden sind, die aber der Übersichtlichkeit wegen in der Figur nicht mehr gezeigt sind. Diese 10-Units IOP:MB...IOP bzw. deren lokale Busse B:IOC sind über I0-Prozessoren IOC, vgl. IOCO, 1001, mit dem Bussystem B:CI4Y verbunden. Diese I-O-Prozessoren IOC können vor allem zur Anpassung an den Katalog der Bedingungen des Bussystems B:CMY dienen. Durch Punkte wurde in der Figur angedeutet, dass noch weitere solche IO-Prozessoren IOC, insbesondere bei sehr grossen Vermittlungssystemen, vorgesehen sein können. Die peripheren Einheiten, vgl. MBG, sind jeweils mit verschiedenen der Prozessoren CP, von Fall zu Fall anders verteilt, verbindbar und/oder auch mit dem Hauptspeicher CMY, bzw. mit Teilen von dessenSpeicherbankenMB,verbind- bar. Durch diese Verbindungen können Meldungen und/oder Anfragen von peripheren Einheiten MBG, und Meldungen und/oder Anfragen zu solchen peripheren Einheiten I#t3G hir durchgeführt werden. Die vermittlungstechnischen Meldungen und/oder Anfragen einer peripheren Einheit #tBG werde dabei bevorzugt autonom über das mit ihnen verbundene IO-Unit IOP per Ruf verteilt, indem das jeweils betreffende IO-Unit -IOP, wenn es einen Ruf von der peripheren Einheit MBG erhält, dieser russenden peripheren Einheit MBG einen der Prozessoren CP, bzw. einen Teil des Hauptspeichers CMY bzw. MB, zuteilt bzw. über das Bussystem B:CMY zuteilen lässt. Diese Zuteilung eines speziellen Prozessors und/oder eines speziellen Teils des Hauptspeichers CMY/MB an die z.B. zwei peripheren Einheiten MBG(1 Verbindung belegt z.B. zwei MBGs) wird dann noch in einem Datenfeld abgespeichert, wobei dieses Datenfeld auch innerhalb einer Speicherbank MB des Hauptspeichers CMY angebracht sein kann. Durch diese Abspeicherungen im Datenfeld sind, insbesondere unter Mitwirkung der jeweils betroffenen IO-Unit IOP der betroffenen peripheren Einheiten MBG, alle späteren Meldungen oder Anfragen der betroffenen peripheren Einheiten MBG, welche diesem Ruf nachfolgen, jeweils zum selben, vorher zugeteilten Prozessor CP bzw. zum selben Hauptspeicherteil MB sendbar, damit dort die betreffenden vermittlungstechnischen Funktionen und/oder Registrierungen, welche durch den Ruf ausgelöst werden, fortgesetzt werden können. Eine solche autonome Zuteilung per Ruf ermöglicht eine angenähert gleichmässige Belastung aller Prozessoren CP mit vermittlungstechnischen Funktionen - zumindest kann diese Zuteilung dann jeweils entsprechend der momentanen Auslastung der betreffenden Prozessoren CP so gesteuert werden, dass die dem Ruf folgenden Meldungen und/ oder Anfragen wirklich jeweils rasch von einem der Prozessoren, der noch eine ausreichend freie Kapazität hat, bearbeitet werden können. Der Aufbau der einzelnen Organe dieser Multiprozessor Zentralsteuereinheit - z.B. der Prozessoren CP, der Speicherbanken MB bzw. des Hauptspeichers CMY, der IO-Prozessoren IOC welche z.B. auch eine verschiedene Anzahl von Lokalen Systembussen B:IOC (vgl. die Ausgänge 0.. .7 des IO-Pro- zessors IOCO) haben können-kann jeweils an sich beliebig sein. Sie müssen nur zur Schnittstelle des gewählten Bussystems B:CMY passen bzw. an dessen Aufbau bzw. Betriebsweise angepasst werden. Die peripheren Einheiten können ebenfalls an sich einen beliebigen Aufbau mit beliebigen Funktionen aufweisen. Sie können sowohl gerätetechnische Organe darstellen als auch vermittlungstechnische Teilfunktionen von peripheren Organen, welche einen grösseren Komplex verschiedener Funktionen ausführen. Trotz der forderbaren hohen Verfügbarkeit genügt es im allgemeinen, diese peripheren Organe über ungedoppelte, also einfach vorhandene IO Units IOP:MB... IOP an die IO-Prozessoren IOC anzuschliessen, wenn diese peripheren Organe, vgl. MBG, für sich über Auskreuzungen angeschlossen sind, vgl. die Figur. Diese IO-Units IOP und/oder die zugehörigen IO Prozessoren IOC können für sich zusätzliche Prüfungsfunktionen aufweisen, um unkontrollierte Zugriffe zu den Prozessoren CP und zum Hauptspeicher CMY/MB, welche auf Fehlern beruhen, zu erschweren. Bei einem derzeit entwickleten Beispiel gem. der Figur wurden für die Prozessoren CP jeweils SAB 80286-Mikroprozessoren verwendet, die jeweils über einen physikali sehen Adressraum von 16 MByte verfügen. Für die Prozessoren IOC wurden jeweils 8086-Bausteine verwendet. Die Prozessoren wurden zur Verbesserung der Fehlererkennung bevorzugt gedoppelt, sie wurden parallel betrieben und waren dann jeweils nur paarweise abschaltbar. Bei einem solchen Ausfall eines Prozessors bzw. Prozssorpaares CP werden alle Verbindungen gefährdet oder gestört, die derzeit von ihm bearbeitet werden.In ihrem lokalen, prozessorindividuellen Speicher LMY sind jeweils die für ihre dynamische Funktion wichtigsten Programmabschnitte und die für ihren derzeiten Bearbeitungsschritt wichtigen lokalen Daten gespeichert, Um Gefährungen bzw. Störungen möglich klein zu machen, speichert erfindungsge- mäss der lokale Speicher LMY des betreffenden Prozessors CP,welcherden betreffenden derzeitigen Bearbeitungsschritt jeweils für eine Verbindung steuert,im allgemeinen oder immer, nur solche Daten,welche speziell ¯für 1 Verbindung zweier beliebiger Vermittlungssystemteilnehmer zu dem derzeitigen 3earbeitungsschritt,z.B. zur Wegesuche,nötig sind; wobei aber der Hauptspeicher CMY die Daten über eine grosse Vielzahl von derzeitigen Verbindungen speichert. Der lokale Speicher LMY speichert also - zur Durchführung aller auf spezielle Verbindungen von Vermittlungssystemteilnehmern bezogenen Vermittlungstechni- schen Funktionen, z.B. Wegesuche, Durchschaltung, Gebührenerfassung, Hörtönesteuerung, Rufnummernanahme und -umcodierung, Verbindungswegabbau,usw. - jeweils nur die nötigen Daten für 1 Verbindung, die er gerade bearbeitet. Fällt der betreffende Prozessor CP wirklich aus, dann wird höchstens diese 1 Verbindung, die er soeben bearbeitet, gestört, aber nicht alle übrigen. Bei der Verteilung der Arbeiten auf die verschiedenen Prozessoren CP mit eigenen lokalen Speichern LMY kann dann der betreffende ausgefallene Prozessor CP solange übersprungen werden, bis für ihn ein Ersatz geschaffen oder er in Ordung gebracht wurde. Falls man zusätzlich die in den lokalen Speichern LMY gespeicherten Daten auch noch im Hauptspeicher CMY abspeichert, kann man im Prinzip sogar diese Daten bei einem solchen Ausfall aus dem Hauptspeicher CMY wieder in den lokalen Speicher LMY eines anderen Prozessors CP einschreiben, wodurch, jedenfalls häufig, die betreffende bearbeitete Verbindung, trotz des Ausfalls, nachträglich noch bearbeitet werden kann. Verschiedene andere, patentrechtlich selbständige Einzelheiten über dieses Beispiel sind auch in den parallel eingereichten Patentanmeldungen (83P1722 + 1723, @@@@@ 83 P1725 bis 1727) angegeben. 1 Patentanspruch 1 Figur

Claims: Patentanspruch. Multiprozessor-Zentralsteuereinheit eines Vermittlungssystems insbesondere Fernsprech-Vermittlungssystems, mit - einem Bussystem (B:CMY), an welchem die einen eigenen lokalen Speicher (LMY) aufweisenden Prozessoren (CP, IOC) angeschlossen sind und welches nacheinander verschiedenen der Prozessoren (z.B. OPI, CPx, IOCO) zugeteilt wird, und - einem an das Bussystem (B:CMY) angeschlossenen Haupt speicher (CMY), zu welchem die Prozessoren (CP, IOC) über das Bussystem (B:CMY) nacheinander, entsprechend den Zuteilungen des Bussystems (B: :CMY), Zugriff haben, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - zur Durchführung aller auf spezielle Verbindungen von Vermittlungssystemteilnehmern bezogenen vermittlungs- technischen Funktionen, z.B. Wegesuche, Durchsohal- tung, Gebührenerfassung, Hörtönesteuerung, Rufnummern annahme und -umcodierung, Verbindungswegabbau, usw. --die lokalen Speicher (LMY) aller Prozessoren (CP), welche zumindest weitgehend denselben Katalog von Aufgabe ben/Bearbeitungsschritten zu steuern haben, ständig entsprechend identische, nämlich die am häufigsten, und/oder bei Störungen am dringendsten, von diesen Prozessoren (CP, IOC) benötigten Programmabschnitte speichern, sowie zeitweise noch solche nicht identi schen Daten speichern, welche speziell für eine einzige Verbindung zweier beliebiger Vermittlungssystemteilneh- mer zu dem derzeitigen Bearbeitungsschritt, z.B. zur Wegesuche, erforderlich sind, - aber der Hauptspeicher (CM?) > neben seltener benötig ten Programmabschnittenfnoch Daten über eine grosse Vielzahl von derzeitigen Verbindungen speichert.

Inventors: BITZINGER, RUDOLF, DIPL.-ING., ENGL, WALTER, DIPL.-ING., HUMML, SIEGFRIED, SCHREIER, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H04Q3
IPC codes: G11C29, H04Q3