嵌入式設備接入HPC系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、基于Linux OS的嵌入式裝置由于其小型緊湊、接口豐富、價格低廉、抗惡劣環(huán)境、源代碼公開等特性，目前被大量用作許多控制系統(tǒng)的終端設備和通信設備，承擔著數據采集、數據交換及命令執(zhí)行的重任。由于軟硬件資源的限制，嵌入式設備通常不具有較高的智能，難以承擔大中型實時系統(tǒng)的復雜數據處理和控制策略優(yōu)化任務，這部分工作需要由控制中心的高性能計算機(HPC)來完成。由此需要研究嵌入式設備到HPC系統(tǒng)間的接入系統(tǒng)。由于控制系統(tǒng)前后端之間的通信可能面臨數

2、據量巨大、時延敏感、缺乏有線信道等問題，因此設計并實現高性能的接入方案并非輕而易舉的事情。本課題源于“985”工程“智能信息技術”項目的需要，對嵌入式裝置到中心機房高性能計算機接入系統(tǒng)的關鍵技術進行研究，并實現了一個架構于SCM-7050嵌入式核心板的圖像采集裝置接入HP RX4640小型機的Demo系統(tǒng)。課題研究的主要工作包括： (1)針對核心板硬件平臺進行Linux內核的剖析與精簡、硬件驅動程序的改造、內核向Flash芯片的

3、移植，以及引導程序的設計與燒寫； (2)在嵌入式Linux平臺上完成實時圖像采集、傳輸、回放以及云臺控制等一系列軟件開發(fā)接口和擴展功能模塊的設計； (3)針對控制系統(tǒng)地域分散，受控點通信不便等特點，進行了基于GPRS的無線通信信道的設計; (4)在詳盡剖析Linux內核TCP/IP實現機制的基礎上，結合接入系統(tǒng)的通信需求，改造內核的TCP/IP協(xié)議棧，提高傳輸性能； (5)分析SMP與MPP兩種計算機系統(tǒng)

4、實現高性能計算的軟件支撐平臺，使用OpenMP函數庫在小型機上實現一個并行圖像處理的示例程序。 課題的創(chuàng)新點首先體現在集成與應用的創(chuàng)新：運用高端接入系統(tǒng)實現嵌入式裝置與HPC計算機的無縫對接，優(yōu)勢互補，為建立大規(guī)模高性能控制系統(tǒng)提供基礎框架；其次是在改造Linux內核的TCP/IP協(xié)議棧時，引入數據對象和對象池雙重管理機制來管理數據單元，類似于CPU內存訪問中的一級和二級緩存，以提高內存的利用率以及硬件緩存區(qū)級系統(tǒng)總線的利用率。