自主可控計(jì)算機(jī)信息論文

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1自主可控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為滿足市場(chǎng)對(duì)CPU性能的現(xiàn)實(shí)需求，國(guó)產(chǎn)CPU廠家不斷推出新產(chǎn)品，在本文中選擇應(yīng)用龍芯3A多核處理器進(jìn)行自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。龍芯3A多核處理器片內(nèi)共集成四片64位超標(biāo)量處理器核，設(shè)置有內(nèi)存控制器兩個(gè)，并設(shè)置有高性能控制器，其頻率在1GHz時(shí)，單精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度可達(dá)到320億次每秒，雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算峰值達(dá)到160億次每秒。自主可控計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)為ATX主板形式，設(shè)置橋芯片組，應(yīng)用具備通用性的外圍接口控制芯片，其硬件整體框架如圖1所示。

2自主可控計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

2.1自主可控計(jì)算機(jī)關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)

2.1.1開(kāi)機(jī)及復(fù)位電路設(shè)計(jì)

自主可控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)每個(gè)芯片的開(kāi)機(jī)次序，上電復(fù)位次序均存在著較為明確的要求，為此，需要合理設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)電路與復(fù)位電路，具體而言：?jiǎn)?dòng)220VAC電源之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)輸出+5VSBY備用電源，電源經(jīng)過(guò)，32.768KHz晶體運(yùn)轉(zhuǎn)并向電路傳輸時(shí)鐘信號(hào)，啟動(dòng)電源，計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)開(kāi)機(jī)電路作業(yè)。電源開(kāi)關(guān)PWRBTN信號(hào)傳輸?shù)絊uperI/O后，會(huì)向南橋傳輸?shù)碗娖剑蠘蚪邮蘸筮M(jìn)行反饋，SuperI/O接收反饋后向ATX電源傳輸PSON信號(hào)，硬件系統(tǒng)輸出電源電壓，電壓輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)后，ATX電源會(huì)向系統(tǒng)CUP及南北橋傳輸準(zhǔn)備就緒信號(hào)，復(fù)位電路執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)芯片初始化。

2.1.2時(shí)鐘設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其芯片與接口運(yùn)轉(zhuǎn)，均需要依托時(shí)鐘來(lái)提供工作頻率，如針對(duì)單一芯片及其接口設(shè)置獨(dú)立時(shí)鐘，則會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)冗余，占用電路面積等問(wèn)題，為此，需要將單一時(shí)鐘設(shè)置為滿足多種應(yīng)用需求的時(shí)鐘。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)用SLG8LP65TTR時(shí)鐘芯片，可以提供多種倍頻時(shí)鐘信號(hào)，如提供100MHz時(shí)鐘，為PCI插槽、互聯(lián)網(wǎng)控制芯片等提供支持，提供48MHz始終，為USB接口與SuperI/O芯片提供支持等。

2.1.3電源設(shè)計(jì)

在進(jìn)行自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，其電源種類較多，需要設(shè)計(jì)如1.1V、1.2V、1.8V、3.3V等工作電源，系統(tǒng)供電應(yīng)用ATX電源，考慮芯片工作所需電壓偏低，需要對(duì)ATX電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確保芯片正常作業(yè)。較為典型的系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換方法主要為低壓差線性電源供電與DC/DC開(kāi)關(guān)電源供電。

2.2自主可控計(jì)算機(jī)信號(hào)完整度設(shè)計(jì)

在自主可控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)置有種類較多的EMI信號(hào)，其信號(hào)敏感性較強(qiáng)，確保高速信號(hào)傳輸?shù)耐暾耘c可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接關(guān)系著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作業(yè)的可靠性與穩(wěn)定性。影響計(jì)算機(jī)信號(hào)完整度的因素較多，如系統(tǒng)布局、疊層設(shè)計(jì)、內(nèi)存信號(hào)布線、高速差分信號(hào)布線等。為此，在進(jìn)行系統(tǒng)布局時(shí)，需要依托模塊化設(shè)計(jì)理念，依據(jù)電路功能進(jìn)行模塊劃分，明確元器件布置區(qū)域，讓信號(hào)傳輸線盡量短，降低信號(hào)反射對(duì)信號(hào)完整性的影響，還應(yīng)確保傳輸線路其阻抗匹配良好，復(fù)位電路與時(shí)鐘電路設(shè)置，應(yīng)盡量與芯片位置距離較短，降低電磁輻射影響。在疊層設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要依據(jù)系統(tǒng)布置狀況，采取PCB疊層設(shè)計(jì)方法，合理設(shè)置其層數(shù)，降低電路電磁所產(chǎn)生的干擾問(wèn)題，為電路系統(tǒng)運(yùn)行提供保障。在內(nèi)存信號(hào)布線時(shí)，應(yīng)將同組信號(hào)于相同布線層中視線中走線，加強(qiáng)長(zhǎng)度匹配控制，采取蛇形線進(jìn)行布置；在差分信號(hào)布線中，應(yīng)盡量將其傳輸線等長(zhǎng)設(shè)置，其布線形式采取平行布線方式，綜合考慮耦合原則，確保信號(hào)完整度。

3自主可控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)自主可控計(jì)算機(jī)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，其軟件均采取國(guó)產(chǎn)化軟件，具體而言，包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件、計(jì)算機(jī)固件系統(tǒng)等。針對(duì)操作系統(tǒng)而言，為確保操作系統(tǒng)運(yùn)行能力，對(duì)系統(tǒng)底層硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行分析，確保操作系統(tǒng)可以有效對(duì)底層硬件機(jī)構(gòu)執(zhí)行有效驅(qū)動(dòng)，確保系統(tǒng)可以運(yùn)行穩(wěn)定可靠。因我國(guó)國(guó)產(chǎn)的軟件其時(shí)間較短，實(shí)踐應(yīng)用仍需要進(jìn)一步改善，其系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的兼容性有待深入研究，需要在實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用中及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中存在問(wèn)題，并予以解決。

4自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)成果測(cè)試分析

通過(guò)對(duì)自主可控計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)研制組裝，最終實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)自主可控計(jì)算機(jī)研制。在樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后，采取針對(duì)性測(cè)試軟件，分別對(duì)自主可控計(jì)算機(jī)的CPU、內(nèi)容、硬盤(pán)及其他數(shù)據(jù)接口性能進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)其高低溫環(huán)境下運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果證明，該自主可控計(jì)算機(jī)U盤(pán)讀速度正常，硬盤(pán)讀速度正常，計(jì)算機(jī)主板與3A主板性能相當(dāng)，該計(jì)算機(jī)在零下40℃-50℃環(huán)境中，均可以正常作業(yè)，此外，還對(duì)自主可控計(jì)算機(jī)進(jìn)行了連續(xù)拷機(jī)檢測(cè)，充分證實(shí)了該自主可控計(jì)算機(jī)具備良好的穩(wěn)定性工作能力，其可控性高，安全性好，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。

5結(jié)語(yǔ)

自主可控計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展前景廣闊，本文重點(diǎn)對(duì)自主可控計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，通過(guò)應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化部件，實(shí)現(xiàn)了自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)成果具備良好性能，性能穩(wěn)定且可控性高。相信隨著科技進(jìn)步，其發(fā)展前景會(huì)更為廣闊，應(yīng)用效果更佳。

作者：王慧軍 單位：平頂山教育學(xué)院