嵌入式設(shè)備接入HPC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)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(jià)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(shè)備和通信設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)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(shè)備通常不具有較高的智能，難以承擔(dān)大中型實(shí)時(shí)系統(tǒng)的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理和控制策略優(yōu)化任務(wù)，這部分工作需要由控制中心的高性能計(jì)算機(jī)(HPC)來完成。由此需要研究嵌入式設(shè)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(shù)

2、據(jù)量巨大、時(shí)延敏感、缺乏有線信道等問題，因此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)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(shù)”項(xiàng)目的需要，對嵌入式裝置到中心機(jī)房高性能計(jì)算機(jī)接入系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)架構(gòu)于SCM-7050嵌入式核心板的圖像采集裝置接入HP RX4640小型機(jī)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(jìn)行Linux內(nèi)核的剖析與精簡、硬件驅(qū)動(dòng)程序的改造、內(nèi)核向Flash芯片的

3、移植，以及引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)與燒寫； (2)在嵌入式Linux平臺上完成實(shí)時(shí)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(kuò)展功能模塊的設(shè)計(jì)； (3)針對控制系統(tǒng)地域分散，受控點(diǎn)通信不便等特點(diǎn)，進(jìn)行了基于GPRS的無線通信信道的設(shè)計(jì); (4)在詳盡剖析Linux內(nèi)核TCP/IP實(shí)現(xiàn)機(jī)制的基礎(chǔ)上，結(jié)合接入系統(tǒng)的通信需求，改造內(nèi)核的TCP/IP協(xié)議棧，提高傳輸性能； (5)分析SMP與MPP兩種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

4、實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算的軟件支撐平臺，使用OpenMP函數(shù)庫在小型機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)并行圖像處理的示例程序。 課題的創(chuàng)新點(diǎn)首先體現(xiàn)在集成與應(yīng)用的創(chuàng)新：運(yùn)用高端接入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嵌入式裝置與HPC計(jì)算機(jī)的無縫對接，優(yōu)勢互補(bǔ)，為建立大規(guī)模高性能控制系統(tǒng)提供基礎(chǔ)框架；其次是在改造Linux內(nèi)核的TCP/IP協(xié)議棧時(shí)，引入數(shù)據(jù)對象和對象池雙重管理機(jī)制來管理數(shù)據(jù)單元，類似于CPU內(nèi)存訪問中的一級和二級緩存，以提高內(nèi)存的利用率以及硬件緩存區(qū)級系統(tǒng)總線的利用率。