基于ARM架构的边缘计算服务器关键平台研究

针对现有边缘计算基础网关服务器既不具备安全、稳定、可靠与通用性强等特点,又无法支持边缘计算场景的计算任务等问题,文中首次在基于ARM架构的鲲鹏920芯片的长虹天宫边缘计算服务器TG225B1上,设计并实现了适用于边缘计算场景的iBMC软硬件架构。该架构采用ARM国产化硬件底座,支持边缘网关硬件管理,实现工控多协议的自适应交互框架。对符合性、功能、性能、易用性、维护性、可靠性、兼容性等指标进行测试,表明iBMC架构能较好满足边缘计算服务器的需求。

基于ARM架构柔性直流控制保护系统的低链路延时优化设计

基于进阶精简指令集机器(ARM)架构多核处理器芯片设计了柔性直流控制保护系统新一代平台,提出适用于柔性直流输电的4层控制系统通用架构,给出新平台控制保护主机配置方案及功能配置原则。建立换流器高频阻抗简化模型,推导得到负阻尼频率与控制链路延时的数学关系。分析柔性直流控制系统的链路延时构成,提出一种链路复用的在线延时测试方法;基于多核架构与高速接口,研究控制系统的低延时优化方案。最后,在基于实际工程参数的实时仿真系统中,对ARM架构新平台开展了功能和性能测试,并验证了低延时优化方案的有效性。

基于国产ARM架构CPU的导航卫星精密定轨解算效率优化方法

以国产飞腾CPU为例,讨论在国产ARM架构CPU基础上的导航卫星精密定轨解算效率优化方法。基于导航卫星精密定轨解算流程中钟差约化和法方程求逆耗时较多,分别利用多线程和OpenBlas对上述2个过程进行优化。结果表明,优化后解算效率大幅提升。钟差约化方面,采用100个测站32颗导航卫星进行解算时,原始单历元平均耗时1.105 s,优化后为0.188 s;法方程求逆方面,原始求逆平均耗时2 264 s,优化后仅需78 s。

LHAASO模拟作业从X86到ARM计算集群的移植

【目的】随着高能物理实验的推进与先进探测器的研发,产生的科学大数据显著增加,通过对这些数据的分析和模拟,可以发现宇宙运行规律并进一步探索宇宙的起源。【应用背景】科学数据的爆炸式增长对计算资源的规模和性能提出了更多的需求。例如,高海拔宇宙线观测站(LHAASO)自2020年实验开始运行以来,其宇宙线事例模拟作业一直在Intel X86集群上运行,但由于CPU资源有限,仅生产了第一阶段计划数据的一部分。【方法】基于对计算资源的需求和国际局势的变化,利用中国广东省东莞市的ARM架构计算集群,探索了异构计算服务设备在高能物理领域的应用。【结果】本文构建了一个完整的支持高能物理离线数据处理的应用程序生态环境。将基于平方公里阵列(KM2A)、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)和广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)实验的离线软件移植到ARM机器上运行,制定跨异地站点和异构计算集群的数据传输和作业调度策略,并评估了模拟作业在Intel X86和ARM集群中的性能和功耗差异。【结论】该环境中,移植的LHAASO模拟作业在ARM计算集群可以正确运行;虽然基于Intel X86架构的CPU单核性能优于ARM CPU,但是对于多核架构的整个服务器来说,ARM服务器性能更好。

ARM处理器上的格点QCD计算与优化

格点量子色动力学(格点QCD)是高能物理领域中需要大规模并行计算的最主要应用之一,相关研究通常需要消耗大量计算资源,核心是求解大规模稀疏线性方程组。文中基于国产鲲鹏920 ARM处理器,研究了格点QCD的计算热点Dslash,并将其扩展到64个节点(6 144核),展示了格点QCD计算的线性扩展性。基于roofline性能分析模型,发现格点QCD是典型的内存限制应用,并通过将Dslash中的3×3复幺正矩阵根据对称性压缩,将其性能提升约22%。对于大规模稀疏线性方程的求解,在ARM处理器上探索了常用的Krylov子空间迭代算法BiCGStab,以及近年来发展起来的前沿的multigrid算法,发现即使考虑预处理时间,在实际物理计算中使用multigrid算法相比BiCGStab依然有几倍至一个数量级的加速。此外,还考虑了鲲鹏920处理器上的NEON向量化指令,发现将其用于multigrid计算时可以带来约20%的加速。因此,在ARM处理器上使用multigrid算法能极大地加速实际的物理研究。

基于ARM架构的均衡计算型服务器数据存储系统

由于传统均衡计算型服务器数据存储系统读写性能差,访存数量大,本文研究了基于ARM架构的均衡计算型服务器数据存储系统。在硬件设计方面,以ARM的虚拟存储系统架构为基础,调节电平复位电路,对硬件进行复位处理,通过控制线向模块完成数据读写。在软件设计方面,对数据集中存储数据进行格式转换,分区处理节点数据使得加载负载均衡;采用双备份并行存储设计,通过核心控制单元操作使得储存的数据保持一致,从而实现优化数据存储。实验测试了副本模式下的读写性能,显示结果合理;还测试了访问存储数量,发现均衡存储系统的访存数量最少,能够提升存储系统性能,实现高效存储。

WRF模式在ARM服务器上的移植及优化研究

针对目前WRF模式迁移中存在的问题,提出具体迁移部署的方法。随后通过对美国东部地区降雨模拟,给出WRF模式在Intel X86和ARM架构上的计算性能的差异,通过NCL方法计算了结果的准确性。实验结果表明,WRF模式可被完整地迁移到ARM架构的超级计算机上。仿真结果显示,在并行运算下,WRF模式在ARM架构超算集群上耗时更短,且单节点运算中ARM可有效提高并行运算效率,具有一定的使用价值,为研究者提供参考。

建行信用卡系统全栈国产化改造研究

信用卡业务是业务逻辑最复杂的银行业务之一,其对可用性、可靠性、处理性能要求较高。从技术发展角度来看,多技术栈融合的新型IT架构,符合云计算资源池化的趋势。从业务角度来看,为满足不同的业务需求,同样存在多技术栈融合架构的诉求。然而,多计算架构并非简单实现一个全新的技术栈即可,需要解决架构改造与设计、系统验证、兼容性以及故障切换等一系列问题。面对上述挑战,该文面向金融IT系统高并发、高性能以及高可用需求,介绍了建行面向金融行业的高性能、高可用和高安全可靠的x86、ARM双平台混合架构系统中的设计与思考。通过一系列的代码迁移、应用迁移以及系统垂直优化技术,实现高性能、高可用和高安全的诉求,并在建行得到了大规模、长时间的真实系统验证。

基于鲲鹏处理器的WRF移植与评估

【目的】开展WRF模式在鲲鹏处理平台上的应用评估,为国产芯片在气象行业开展广泛应用提供参考。【应用背景】近年来气象数值预报技术不断发展,超级计算机成为气象发展的主要支撑,研究国产芯片对气象信息化支撑技术,有助于促进国产芯片在气象行业的广泛应用。【方法】基于ARM架构的鲲鹏920处理器从STREAM、HPL、HPCG 3个方面进行基准测试,以气象行业典型应用WRF为例,展示鲲鹏处理器在模式移植、计算效率和扩展性方面的良好性能。【结果】从测试结果来看,鲲鹏处理器表现出优秀的访存带宽、浮点计算性能以及高扩展性;鲲鹏处理器的移植过程较为简单,应用性能满足气象行业的时效性与扩展性要求,预报结果能做到与气象现有平台保持一致。【结论】鲲鹏处理器具备在气象行业广泛应用的基础。

基于细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器设计

进行机械臂角度控制器设计过程中,为提高机器人机械臂灵活性,降低关节角度控制误差,设计一种细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器;首先,构建机械臂动力学模型以获取机械臂的柔性特征及其关节位置,根据获取的信息确定角度控制器的硬件逻辑结构和算法;然后,使用ARM微处理器嵌入式操作系统,设计包含移动控制终端和机械臂控制端的控制器硬件结构;最后,采用细菌觅食算法优化控制器参数,并实现代码完成机器人机械臂角度的精准跟踪控制;实验结果表明:所提方法的位姿跟踪精度高达99%、物体偏移距离在0~0.2 mm之间,控制运行时间在0.33~0.78 s之间,表明所提方法的角度控制误差小、稳定性强,能够保证机械臂关节角度无超调,具有极高的机器工程应用价值。

ARM微处理器体系结构及其嵌入式SOC

嵌入式微处理器是体系结构研究领域的一个热点。文章从微处理器设计者的角度出发，对在嵌入式系统当中应用广泛的32位ARM微处理器系列的体系结构作了研究和探讨，简要介绍了3种当前市场上流行的、典型的基于ARM的SOC芯片。

基于ARM的变量喷药控制系统设计

为提高农药利用率,设计一套具有手动控制、自动控制和试验标定3种工作模式的变量喷药控制系统。该系统以ARM7系列的S3C44B0X微处理器为核心,在UCOS-Ⅱ操作系统环境下,使用C语言编程实现机具作业位置、行进速度、喷头入口压力以及喷头喷药量信息的采集与处理、网格识别和电动调节阀控制。喷头喷药量控制误差田间试验结果表明:喷药机以4.2km/h(Ⅱ档中油门)速度工作,喷药处方量在465～600kg/hm2范围内变化时,采用本系统完成变量喷药作业,系统喷头喷药量最大控制误差≤5%,满足变量喷药作业要求。

基于ARM和WinCE下的设备接口驱动设计与实现

介绍一种基于ARM9和嵌入式实时操作系统WinCE下的设备接口驱动设计,并具体给出ARM9处理器S3C2410在WinCE下SPI流接口的实现。测试结果表明,该驱动能很好地运行于WinCE平台上,适用于嵌入式终端产品中。

基于ARM嵌入式系统的微型智能可编程控制器

微型智能可编程逻辑控制器(PLC)目前越来越广泛地应用到电力系统的各种控制系统中,针对当前国内外微型智能PLC主要以传统的8位、16位单片机为处理器的不足,研制了一种基于ARM嵌入式处理器的微型智能PLC。介绍了系统的体系结构,给出了基于AT91SAM9260芯片的PLC硬件系统设计方案和基于VxWorks嵌入式实时操作系统的软件设计方案。

从ARM体系看嵌入式处理器的发展

文章介绍了ARM体系的发展历史,它的指令集特点,程序模型和利用ARM体系处理器的软件开发和硬件调试过程。同时从ARM体系,我们也可以看到RISC在嵌入式处理器领域的优势所在,以及它们将来必然在SOC(系统芯片)中获得广泛应用。

基于ARM的矿用电动机综合保护器的设计

在综合分析了矿用电动机故障种类和保护原理的基础上,进行了矿用电动机保护器的软硬件设计,介绍了一种智能型矿用电机综合保护器。该保护器采用32位微处理器STM32F103RC作为控制核心,通过信号转换与调理电路对三相电流、电压等信号进行处理,经微处理器运算后进行控制,实现电机短路、过载、断相、三相不平衡、漏电、过压及欠压等故障保护功能。该保护器具有液晶显示、故障记录存储与查询、CAN总线与上位机通讯等功能。

基于ARM和VxWorks的新型发电机微机励磁调节装置

针对现有基于16位处理器和前后台软件设计的发电机微机励磁调节装置的不足,提出基于32位AT91RM9200处理器和嵌入式实时操作系统VxWorks的新型设计方案。详细阐述了各个硬件模块的设计构成,用复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)解决了传统移相脉冲触发问题,提高触发脉冲可靠性,保证发电机不失磁;用高速以太网可以使励磁调节装置便捷地实现网络化控制。详细描述了基于VxWorks的微机励磁软件开发方法。最后,讨论了装置的抗干扰设计。

基于ARM处理器的低压微机保护装置

针对当前低压微机保护装置运行中出现的处理器性能瓶颈问题,在简单分析ARM(advancedRISCmachines)处理器技术特点后,以AT91RM9200芯片为应用对象,详细介绍了基于ARM处理器的低压微机保护装置的软硬件设计方案。针对硬件设计,介绍了装置的各个功能模块,重点阐述了A/D转换部分的设计实现方法;针对软件设计,介绍了ARM处理器软件设计的特点,重点阐述了启动和中断部分的软件编写方法,并简单介绍了采用嵌入式实时操作系统——VxWorks开发微机保护软件的方法。

基于ARM微处理器的自动称重选别系统

介绍了一种新型的高精度自动称重分选系统,其特点是能快速准确地对产品进行称重分选,并实时计算、存储、显示数据。针对动态称重数据的特点,提出斜率滤波的软件算法,设计了对应的软件滤波程序,改善了数据处理精度和效率。实验结果表明,该系统运行精确可靠。

基于ARM的RFID阅读器设计

本文给出了基于ARM微处理器的RFID阅读器设计方案。文章介绍了RFID概念、发展现状及系统组成;介绍了系统的硬件组成模块,讨论两款主要芯片的功能,给出系统总体设计和各模块功能说明;介绍了系统的软件组成模块,并给出模块说明及模块流程图;详细介绍了一种改进的防碰撞算法;最后,总结并展望了本系统。