0 弁言
随着多核打算技能、向量打算技能、GPU打算技能的发展运用，在单位空间可集成更高的打算能力。因而，传统嵌入式打算架构的嵌入式打算机系统结合高性能打算技能，能较大地提高系统性能并扩展运用范围。
前辈电信打算架构[1]（Advanced Telecom Computing Architecture，ATCA）是针对CPCI、VME等传统嵌入式[2-3]打算架构在扩展能力、可靠性以及兼容性等方面存在的问题，由PICMG组织制订的最新一代嵌入式打算架构标准。
打算规模在万亿次的低端个人高性能打算机[4]（Personal High Performance Computer，PHPC）的紧张目标是逐渐把万亿次高性能打算带到“个人”和“桌面”，实现高性能打算的遍及化。KD系列PHPC[5]在研制过程中逐步办理了PHPC小型化问题，实现了“三低一高”。终极实现的KD-90系统[6]是一款微波炉大小的、可移动的个人高性能打算机。
本文运用KD系列PHPC的研究成果，结合ATCA嵌入式打算架构，采取龙芯3号处理器[7-8]，设计了一款符合ATCA技能规范的嵌入式打算平台。对系统核心部件龙芯做事器刀片设计的关键技能进行了重点阐述，并对刀片的性能进行了测试。测试结果表明，所设计的做事器刀片性能良好。
1 系统设计
1.1 嵌入式打算平台简介
本嵌入式打算平台机器构造遵照ATCA规范进行了定制设计，考虑电源供电在背板的均衡以及模块散热的需求，将3个“1+1+1”冗余的电源模块单元设置在全体机箱的右侧；机箱中部5U高度的空间紧张设置8片龙芯做事器打算刀片（做事单元#1→#8）、2个交流和管理单元以及2个KVM单元。
系统的核心部分为8片龙芯做事器刀片，采取龙芯3号处理器进行设计。
1.2 龙芯ATCA做事器刀片设计方案
做事器刀片设计采取了基于双路龙芯3A处理器CC-NUMA（非同等性存储通道）架构的做事器方案，搭配AMD的RS780E+SB710套片组。通过Intel82576设计输出4路千兆网络旗子暗记，通过背板采取Serdes旗子暗记传输模式实现与交流模块的互联；输出的8路USB、2路VGA和4路千兆以太网旗子暗记通过ATCA Zone2连接器与背板连接，其设计框图如图1所示。
做事器刀片紧张特点：
（1）系统采取800 MHz、16 bit的HT[7]（Hyper Transport Link）总线与I/O桥片互联，系统总带宽达25.6 Gb/s；
（2）系统总线数据传输支持采取CRC数据校验机制，具备传输失落效后自动重试功能；
（3）独立的IPMC监控电路可以通过网络远程监控设备事情状态并进行掌握；
（4）做事器刀片通过PCIe总线连接高性能以太网驱动器Intel82576网卡。
2 高可靠设计技能
2.1 系统级冗余技能
结合ATCA架构支持的冗余技能，系统进一步采取了全面的冗余体系来支持做事器刀片的高可靠运行。如图1所示，交流刀片、KVM刀片、电源模块、风扇、机箱管理等都采取了冗余设计，采取1+1冗余模式确保无单点故障。
同时，龙芯做事器刀片设计供应4路千兆以太网通道，分成两组，分别连至两个交流刀片，形成2+2的冗余模式，如图2所示。
2.2 远程管理监控技能
系统采取远程管理监控技能对做事器刀片运行的所有状态进行监控，包括：故障预警/告警、机箱环境温度监控、刀片电压/电流监控、功能单元的存在性/康健性监控等。
外部机箱管理为远程管理软件，远程用户可通过网络向机箱管理单元发送命令要求，由机箱管理单元将命令翻译并发送到相应的节点单元的IPMC，实现对各节点单元管理和掌握。
2.3 散热打算与热仿真技能
根据做事器单元的功耗以及空气散热技能实践的最高上限推算，每个槽位做事器刀片的最大功耗该当在100 W以内，根据功耗与空气流利速率对应的关系，对应的空气流利速率为0.51 m/min。
根据打算所得干系参数，机箱和刀片的机器尺寸位置，在所有刀片满载持续事情30 min情形下，对整机散热进行了瞬态仿真剖析，结果如图3所示。由图3可知，在环境温度45 ℃，相对湿度75%情形下，全体机箱的散热良好。
3 系统测试
3.1 健壮性测试
首先为拷机测试，测试期间系统运行Linpack测试以及Spec cpu2000等大型测试软件至满负荷，实测72小时内运行无端障。其次为IO访问压力测试，测试整机在100 MB、500 MB以及1 GB文件拷贝、创建、压缩、解压、FTP传输时的健壮性，实际测试系统利用脚本完成相应任务操作连续48小时正常无端障。末了测试系统在多用户并发访问特定运用时的稳定性，利用Loadrunner仿照进行100~1 000个用户测试，48小时内访问正常。
3.2 性能测试
对单个龙芯做事器刀片的测试结果拜会表1打算子系统根本性能测试结果。测试处理器为龙芯3A，事情主频为825 MHz，单处理器内存为DDR3 8 GB，事情频率为533 MHz。
3.3 功耗测试
在系统满载情形下，对系统总功耗和单个做事器的刀片进行了功耗测试，结果如表2所示。
4 结论
剖析打算子系统的整型和浮点性能的测试数据，由于事情主频的差异，龙芯3A处理器与主流的x86处理器性能比较差距较大，处理器单核性能只是相称于同主频的PIII处理器，内存的读写性能也相对偏低。
而对付打算型运用，嵌入式打算平台的上风在于在较小的空间范围内实现了一个由16个处理器，共计64个处理器核组建的SMP集群，通过高密度集成获取较高的打算能力。当系统配置龙芯3B 处理器时，可得到靠近2 T的峰值打算能力。
参考文献
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[2] 罗云，陆安江，张正华.基于嵌入式系统的RFID中间件设计[J].电子技能运用，2013，39（1）：280-285.
[3] 蔡路亭，徐金甫，丁琦，等.基于地址加扰的嵌入式系统安全防护研究[J].电子技能运用，2014，40（7）：191-196.
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[6] 蔡晔，刘刚，毛睿，等．KD-90遍及型个人高性能打算机系统设计与性能优化[J].深圳大学学报（理工版），2013，30（2）：138-143.
[7] Hu Weiwu， Wang Jian， Gao Xiang， et al. Godson-3： a scalable multicore RISC processor with x86 emulation [J]. IEEE Micro， 2009，29（2）：17-29.
[8] 张俊霞，张焕杰，李会民.基于龙芯2F的国产万亿次高性能打算机KD-50-I的研制[J].中国科学技能大学学报，2008，38（1）：105-108.
