虚拟I/O模块在DCS以太网通信接口模块上的实现

为减少硬件模块的重复开发,在保留原DCS软硬件系统架构不变的基础上,在以太网通信接口模块硬件上虚拟不同的I/O模块。虚拟I/O模块与硬点I/O模块具有一致的输入、输出及参数属性,且组态方式和产物格式一致。同一以太网通信模块上可在不同的虚拟I/O槽位上配置不同的虚拟I/O模块,如Modbus TCP虚拟I/O模块和GOOSE虚拟I/O模块,进而在同一硬件实现不同的通信功能。虚拟I/O模块的使用一方面减少了DCS系统硬件模块的种类,简化备品备件,另一方面也提高了通信扩展的灵活性和便利性。

海洋环流模式的并行I/O优化研究

极端气象日益加剧,严重影响人类的生产生活。如何有效应对未来极端环境变化,更关乎国际竞争。因此,发展高精度高分辨率的地球系统模式推动气候变化研究至关重要。随着模式精度和分辨率的不断提高,I/O性能已成为制约模式计算效率和可扩展性的瓶颈。选取典型的海洋环流模式LICOM3作为研究对象,基于天河HPC系统,详细测试和分析了模式的I/O逻辑过程,发现在3K进程规模下I/O可占整体运行时间一半以上,是限制模式计算性能的关键因素。为此,设计并实现了主要输出过程的MPI-IO并行优化方案,显著提升了模式运行效率,基本解决了模式I/O瓶颈。测试结果表明,MPI-IO并行优化方案将输出时间占比从48.58%降到2.44%,将输出带宽提升到6.21 GB/s,约是原程序的14倍。此外,进一步分析了影响并行I/O性能的因素,以期为相关工作提供参考和指导。

一种基于频谱监测领域的新型I/O数据压缩传输方法研究

近年来,随着无线电监测技术的不断发展,日常监测所产生的海量I/O数据对无线电管理信息网络体系的高效传输和有效存储带来了新的挑战。本文通过对数据帧格式的分析,提出采用新型数据子体以实现数据压缩传输,有效提升数据的压缩传输能力,提高网络带宽的传输效率;并以实验对其实际效果进行有效验证,可为以数据为核心的无线电管理应用、分析和决策提供参考。

一种基于异步I/O的磁盘向量检索算法

在机器学习与深度学习等领域中,近似最近邻搜索(ANNS)扮演着至关重要的角色,在近十多年来受到越来越多研究者的关注。传统的ANNS算法需要将向量原始数据和索引数据全部存储在内存中,这限制了其处理大数据的能力。本文提出了一种创新的基于异步I/O的磁盘向量近似最近邻搜索算法(AIO-ANN),该算法通过生成非阻塞I/O请求并即刻处理完成的请求,有效提升了搜索效率并降低了高延迟I/O请求的负面影响。在搜索过程中,AIO-ANN生成一批非阻塞I/O请求,并立即处理每个完成的I/O请求,而不是等待整批请求完成。同时为了最大化I/O等待时间的利用,算法将大部分计算任务转移到了I/O等待期间。此外,算法还整合了其他优化措施,如数据缓存与结果初始化。在大规模数据集上的实验,证明了AIO-ANN在搜索速度上超越了主流的ANNS算法DiskANN。

利用神经网络识别存储系统I/O特性

大数据推动了存储数据呈现爆炸性增长,导致存储系统的性能与能耗问题日益突出,因此需要对存储系统进行性能与节能优化。在存储系统优化中,存储系统的I/O特性识别是优化的基本依据。为此,本文提出一种基于神经网络的存储系统I/O特性识别方法,利用神经网络技术识别存储系统I/O请求的顺序性与随机性,以及存储系统的实时性能需求等特性。实验的结果表明,该方法能够高效准确识别存储系统的I/O特性。

基于TM4C123的总线I/O模块设计

本文以TM4C123系列单片机为最小系统,主要完成了隔离式直流输入/输出电路的设计。该设计满足工业现场的应用。隔离输入部分电压范围为直流(DC)0-36V,输出端DC电流范围0-500mA,继电器输出DC电流为0-3A。

一种应用于I/O组的高性能LVDS驱动器

为了满足高速率、大吞吐量的数据传输需求,设计了一种可应用于I/O组的高性能低压差分信号(Lowvoltage differential signal, LVDS)驱动器。LVDS驱动器由偏置电路和驱动电路两部分构成。其中偏置电路可同时为多个驱动电路提供偏置信号,便于I/O组集成设计,提高了同组LVDS驱动器的一致性,并且偏置电路在传统LVDS驱动器结构的基础上,加入共模反馈电路,减小了工艺、电压、温度对输出共模电压的影响,提高了稳定性。驱动电路与偏置电路结构和尺寸相同,但无共模反馈。LVDS驱动器采用16 nm标准CMOS工艺设计。测试结果表明,该驱动器的传输速率为2 Gb/s,输出差分信号摆幅为0.35 V,共模电压为1.25 V。

PKS-C300远程I/O实现方式及应用实践

某公司的DCS控制系统已运行了15年,DCS的硬件、电缆桥架、机房的可用空间等都消耗怠尽。工艺日益增长的自动化需求与DCS资源匮乏两者之间的矛盾与日剧增。采用分布式远程I/O的方式来化解,主要以一个远程I/O替代PLC柜的例子,说明分布式结构的构成,以及现场防爆I/O箱作为补充,用于零星增加点;对专用设备如色选机,采用SCADA点,形成一个立体控制网。PKC-C300新控制系统性能上比较优越,功能上也满足了现代企业对控制系统的信息化、智能化方面的要求。

基于FANUC系统I/O LINK轴的一种新型垂度补偿功能

由于自身重力的原因,配置多附件头的数控落地镗铣床的滑枕在长行程伸出时会在垂直方向上产生相应的形变。为降低由于形变引入的误差对加工精度所造成的影响,以FANUC 0i MF数控系统作为控制平台,结合I/O LINK轴的应用,提出了一种不使用FANUC系统“平直度补偿”功能的补偿方案。运用区间补偿的思想,将整个滑枕的行程划分为多个运动区间,以误差测量实验的方式将滑枕垂向的误差转换为补偿轴的坐标并得出补偿数据,通过PLC程序将补偿轴坐标与滑枕实际位置进行匹配,以同一运动区间调用固定补偿值的方式对滑枕进行线性补偿。通过对不同的附件头创建不同的补偿程序,并使用K地址调用相应补偿数据的方式,排除了不同补偿数据间相互干扰的隐患。所提方案在实际机床中的应用结果表明:其补偿效果可达到与FANUC系统“平直度补偿”功能相一致的水平。

西门子分布式I/O系统在矿用电铲上的应用

西门子PLC系统主机架可通过扩展机架和分布式I/O两种方式完成对原PLC系统的扩展。目前电铲常用的扩展机架的方式在实际生产过程中会出现信号线松动和信号不稳定等情况,导致故障率较高。针对当前情况,提出了分布式I/O方案来扩展PLC系统的I/O模块,减少了控制电缆的数量,完成了程序的标准化、模块化、智能化,降低了故障率。

Libevent与现代事件驱动库:I/O多路复用技术及性能比较研究

通过对Libevent中事件处理模型和I/O多路复用技术的深入研究,提供了对于构建高效、稳定网络应用的全面认识。在“事件处理模型”一节,详细讨论了Libevent的事件机制、回调函数和事件循环,揭示了其非阻塞环境下高效处理并发事件的机制。同时,在“I/O多路复用技术”一节,介绍了Libevent支持的多种技术,并探讨了选择合适技术的关键因素,能够根据具体需求灵活应用。“实例分析”一节通过项目实例的讲解,提供了在实际项目中应用Libev⁃ent的实用指南,帮助更好地应对网络通信的挑战。

基于神经递质和5-HT_(1A)/Gα_(i/o)/cAMP信号通路研究黄连温胆汤对失眠大鼠的治疗作用及机制

目的研究黄连温胆汤对失眠大鼠的行为学指标、神经递质水平及5-HT_(1A)/Gα_(i/o)/cAMP信号通路的影响,探讨其对失眠大鼠的治疗作用及机制。方法将SD雄性大鼠随机分为正常组、模型组、地西泮组(2 mg·kg^(-1))及黄连温胆汤低、高剂量组(5.85、11.70 g·kg^(-1))。黄连温胆汤低、高剂量组模型复制前给予相应剂量的黄连温胆汤进行预防性治疗8 d。除正常组外,其余各组腹腔注射对氯苯丙氨酸(DL-4-Chlorophenylalanine,PCPA)复制失眠模型,成模后给予相应剂量药物干预治疗8 d。观察大鼠每日状态,监测体质量,进行旷场实验(行为学监测)并称取全脑质量计算全脑系数。ELISA法检测血清中脑源性神经营养因子(BDNF)及神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)含量,脑干中去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)、γ氨基丁酸(GABA)及谷氨酸(Glu)含量,下丘脑中5-羟色胺(5-HT)、5-羟基吲哚乙酸(5-HIAA)及环一磷酸腺苷(cAMP)含量。Western Blot法检测下丘脑中5-HT_(1A)受体蛋白和Gα(i)蛋白表达水平。结果①与正常组比较,模型组大鼠活动总距离、总时间均明显增加(P<0.01),中心区域持续时间明显减少(P<0.01);全脑系数明显降低(P<0.01);血清中BDNF含量明显降低(P<0.01),GFAP含量明显升高(P<0.01);脑干中NE、DA、Glu及Glu/GABA水平均明显升高(P<0.01),GABA水平明显降低(P<0.01);下丘脑中5-HT、5-HIAA及cAMP水平均明显降低(P<0.01),5-HT_(1A)受体蛋白表达水平明显下调(P<0.01),Gα(i)蛋白表达水平明显上调(P<0.01)。②与模型组比较,黄连温胆汤各剂量组大鼠活动总距离、总时间均明显减少(P<0.01),高剂量组大鼠中心区域持续时间明显增加(P<0.01);高剂量组大鼠全脑系数明显升高(P<0.01);各剂量组大鼠血清中BDNF含量明显升高(P<0.01),GFAP含量明显降低(P<0.01);各剂量组大鼠脑干中DA及Glu/GABA水平明显降低(P<0.05,P<0.01),高剂量组的NE及Glu水平明显降低(P<0.01)而GABA水平均明显升高(P<0.01);各剂量组大鼠下丘脑中5-HT、5-HIAA、cAMP水平均明显升高(P<0.01),5-HT_(1A)受体蛋白表达水平上调(P<0.05),Gα(i)蛋白表达水平下调(P<0.05,P<0.01)。结论黄连温胆汤可改善大鼠行为学指标,可能通过调控5-HT等神经递质及5-HT_(1A)/Gα_(i/o)/cAMP信号通路相关的蛋白表达,从而改善大鼠失眠症状,减轻大鼠焦虑及躁狂的状态,激发大鼠自发活动和空间探索能力。

基于FACTORY I/O的自动控制系统实验平台设计

信息化、智能化潮流对自动控制实验教学提出了新的要求。采用FACTORY I/O的3D FPS游戏模式来构建自动控制实验平台,以缓解当前实验缺乏被控对象的问题。针对“计算机控制技术”和“PLC原理与应用”课程,基于FACTORY I/O设计了被控对象,提供了5种实验模式;以水位闭环控制为例阐述了对象模型构建、通信连接、控制算法编制等核心环节;并给出了双容水箱水位控制实验结果,验证了平台设计的可行性。

基于自描述的控制器对I/O模块兼容性实现

自动化产品通过不同版本的固件实现功能差异化管理及生命周期维护。对于控制器与I/O各自独立、可灵活配置的PLC和DCS而言,随着产品应用领域的拓展,I/O模块功能的升级较为频繁,加上产品推向市场后维护周期的拉长,极易出现控制器对I/O模块新功能与老功能的兼容性问题。针对该问题,从控制器与I/O模块的交互信息方面分析,提出了一种控制器对I/O模块生命周期兼容的实现方案。通过该方案,旧控制器可在不升级固件情况下实现对已有型号I/O模块新版本支持,也支持新类型I/O模块。据此可实现控制器和I/O模块的匹配解耦,有效降低升级带来的不利影响,也尽可能保护用户投资。

分布式I/O资源虚拟化技术的研究

提出一种可有效整合和使用分布式I/O资源的新方案.该方案实现于操作系统和系统硬件之间,主要采用最新的硬件虚拟化技术,将分布于多主机的I/O资源进行虚拟化和整合,为上层客户操作系统构建一个全局虚拟I/O空间,实现客户操作系统对分布式I/O资源的全局管理和使用.该方案实现于系统软件层,性能较高、实现成本低,并且客户操作系统无需做任何修改.

罗克韦尔自动化通过全新On-Machine分布式I/O解决方案提升运营敏捷性

近日,罗克韦尔自动化推出全新Allen-Bradley■Armor Block 5000^(TM) I/O模块。这种自带IO-Link技术的分布式I/O解决方案可提供一系列智能特性,帮助工业制造商降本增效。通过ArmorBlock 5000 I/O解决方案,制造商可更高效地部署和维护智能自动化系统。高度集成的IO-Link功能可以简化设备配置,实现与Allen-Bradley控制器的优化集成,最终降低机器设计的复杂性。

科学计算双路并行I/O优化方法

科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/O方法可提高写性能8%~13%,提高读性能89%到1.01倍.

基于System V消息队列的I/O多路复用方法

传统上通过采用select或poll等系统调用可以实现多个TCP网络连接的I/O复用,但该方式并不支持基于System V消息队列的报文传输。有名管道技术FIFO的描述符与Socket的描述符相类似,可以被select系统调用支持,因此可借助FIFO设计一种方法,达到对System V消息队列进行I/O复用的目的。方法中设计地从消息队列接收报文的处理流程,在不降低处理性能的前提下,有效解决了有名管道和消息队列的操作不是原子操作带来的不一致问题,实现单一网络通信线程可以同时处理来自网络连接和System V消息队列的报文。

一种自适应多核处理器I/O一致性处理方法

I/O引发的数据一致性问题是多处理器系统数据一致性问题不容忽视的重要因素.多核使得处理器中的I/O一致性问题变得更加突出.另一方面,I/O访问模式的多样性使得单一的I/O一致性处理方法很难满足多样的I/O应用需求.本文首先分析了I/O应用访问模式,提出了I/O数据访问的七种特性;并根据I/O数据的访问特性提出了一种新型的自适应多核处理器I/O一致性处理方法,使得I/O一致性处理可以自适应地根据I/O应用进行动态调整,从而满足不同应用需求;最后,我们对自适应的I/O一致性处理方法进行了性能评测,评测结果表明该方法对不同的I/O应用均能获得很好性能.

反熔丝FPGA可配置I/O端口可测性设计研究

反熔丝FPGA在生产阶段不能通过编程后测试对电路进行筛选,必须通过编程前测试来解决生产测试问题。在研究反熔丝FPGA多标准可配置I/O端口电路结构的基础上,提出了一种用于可配置I/O端口的可测性设计(DFT)方案,在可配置I/O端口中插入软配置电路和边界扫描链,实现对可配置端口的临时配置和扫描测试,覆盖所有支持的电平标准及各种可配置I/O功能。仿真及测试结果表明,该DFT能够满足反熔丝FPGA多标准可配置I/O端口的测试需求,能够解决可配置I/O在生产中的测试问题。