中尺度天气模式在龙芯通用CPU平台的移植和应用

龙芯是中国科学院计算技术研究所自主研发的通用中央处理器(central processing unit,CPU),采用MIPS精简指令集构架.数值天气预报领域是目前高性能计算应用的重要领域之一,本研究选取广泛使用的中尺度气象模式MM5开展龙芯平台天气预报系统研发,在龙芯3A平台成功移植完成MM5模式所依赖的MPICH等各类软件库,构建MM5模式运行的龙芯版软件环境.在此基础上,实现MM5模式下垫面处理模块TERRAIN、水平空间插值模块REGRID、垂直插值模块INTERPF以及MM5模式主模块在龙芯平台的编译移植,并实现MM5模式主模块在龙芯3A平台的并行运行.基于以北京为核心区域的嵌套模拟测试表明,运用单个龙芯3A节点模拟48h情景需要耗费大约50h,未来随着龙芯计算节点增加计算耗时将随之降低,将有望在龙芯计算平台实现中尺度气象模式的预报模拟.本研究同时完成格点分析显示系统(grid analysis and display system,GrADS)和三维可视化软件Vis5D在龙芯平台的编译移植,并以此构建中尺度气象模式预报系统展示子系统,实现龙芯平台中尺度气象模式模拟所需要的全生态移植与应用.     

基于UEFI Shell的Pre-OS Application的开发与研究

UEFI（统一可扩展固件接口）是Intel提出的下一代PC Bios（Basic Input/Output System）架构。由于其除了完成传统Bios硬件启动检测和初始化等功能外,还构建了一个C语言执行环境,可以调用设备驱动,不用依赖操作系统就能在UEFI Shell的环境下进行磁盘管理和启动管理,以PC操作系统的备份为例,重点探讨UEFI Shell下无须操作系统的实现一般Application的方法和原理。     

基于龙芯多路处理器的实验教学研究与设计

随着计算机软硬件技术的不断发展,基于多处理器的并行计算机应用越来越广泛,本科生对多处理器的相关课程产生了浓厚的兴趣.本文以此作为出发点,从平台架构入手,介绍了基于龙芯的多路处理器实验教学平台,并分别以AES和DES算法为实验教学案例设计并行程序,将实验教学与民族芯有机结合.     

针对CMT架构的linux内核负载均衡算法优化(英文)

Linux 2.6的负载均衡算法调度域支持CMP,CMT,SMP,NUMA架构.针对CMT,算法尝试分配新进程到最空闲的处理器核中的最空闲的CPU上;如果某个处理器核中的第一个CPU比较空闲,它会周期性地从该核的最繁忙的CPU上的迁移适量的任务到这个CPU上以平衡系统的任务.然而在某些情况下,该策略会导致系统更加不平衡.有两种方法可以弥补该算法的缺陷:一是新进程放到整个系统的最空闲的CPU上;二是最空闲的CPU可以迁移调度域中的任务.在8处理器核32线程XLR532处理器系统上,使用HackBench测试,系统最高达到8%的性能提升.     

基于ARM/DSP嵌入式系统ARM模块软件设计

ARM/DSP平台是采用ARM7和DSP双CPU构建的嵌入式系统开发平台.ARM模块部分是其一个重要的组成部分.在系统中ARM模块主要负责系统控制部分,由于ARM的接口丰富,因而其接口电路驱动软件设计复杂,详细介绍了嵌入式系统中ARM模块硬件接口驱动软件程序的设计.     

基于Lucene的互联网文献信息检索系统的研究

论文详述了利用Lucene索引工具包设计和实现的一个互联网文献信息检索系统,给出了系统的设计框架和各个模块的实现技术,并介绍了系统的检索算法.为了使系统支持中英文和各种格式文献检索,论文扩展了Lucene的分词接口和文件分析接口.     

一种无需操作系统的硬件级可信度量方法

针对云计算等新型计算环境下的可信度量问题,提出了一种无需操作系统的硬件级全盘任意文件可信度量方法.通过在U-key中放置可信度量代理(TMA),利用TMA自主解析文件系统获取磁盘中任意文件的扇区存储地址,从而能够在不存在Grub、未启动操作系统以及不需要其他任何硬软件支持的情况下,实现对全盘任意文件的可信度量.考虑到TMA的安全性,利用B方法实现了对TMA的形式化开发.与已有的工作相比,所提方法不仅能够应用在云计算等新型计算环境中,而且能够应用于不存在可信平台模块(TPM)等安全增强芯片的普通计算机上.实验证明了本方法是有效的.     

基于GPU的PCA人脸识别系统设计

针对实际人脸识别系统需要满足实时性的应用需要,探讨了在图形处理器(GPU)硬件架构基础上的基于主成分分析(PCA)人脸识别系统设计与实现.结合统一计算设备架构(CUDA)的计算平台,通过将算法中耗时长、适合并行的部分过程映射到GPU上并行执行改进系统的加速实现.实验结果表明:相对于基于CPU平台的串行实现,基于GPU的实现在整体上能够获得约5倍的加速,而两个执行并行的模块能分别获得最大20倍和30倍的加速.     

零地址单片机仿真器的设计

Keil C51是美国Keil software公司出品的51系列兼容单片机C语言开发平台.基于Keil Monitor-51,实现与Keil C51的通信以及达到零地址仿真51CPU的功能,其仿真效果可与市场上各种仿真器相媲美,本文详细说明了硬件电路及相关软件程序的设计.     

一种面向多媒体和通信应用的处理器指令集及架构实现

提出了一种面向多媒体和通信应用的CPU和DSP一体化计算的指令集架构,并设计实现了一款基于该指令集架构的VLIW DSP处理器.该CPU和DSP融合指令集架构中的CPU指令兼容已有MIPS 4KC指令集,DSP指令为自主设计.针对多媒体和通信常用算法中并行度高等特点,提出了多条基于像素操作、向量操作和复数操作的DSP指令,并详细说明了实现这些指令的关键功能模块的电路实现方法.实验结果表明,在多媒体的插值、重建以及通信的滤波、FFT等算法上,采用本文提出的面对特定应用的指令集具有较明显的优势.流片测试结果证明该指令集架构可实现且有效.     

一种高效的嵌入式系统固件局部更新方法

为了解决资源紧缺型嵌入式系统(Resource-scarce Embedded System,RSES)在固件更新时所存在的效率低问题,提出了一种高效的固件局部更新(Efficient Local Firmware Update,EL-FU)方法:新的局部固件先由调试器写入内存,然后由驱动程序写入外存中预留的局部更新区域,最后由调试器进行调试. 该方法通过修改操作系统,增加了更新触发、固件更新、目录添加和提醒4个模块(仅增加了约3 KB代码),实现了不需要使用烧写工具、不需要打包整个固件、仅利用调试器就可以更新局部固件的功能. 测试了在某资源紧缺型的蓝牙音频片上系统(内核为MIPS32 M4K,内存为128 KB)上使用EL-FU方法更新固件后,系统的可靠性和稳定性,并比较了在该系统使用EL-FU方法和传统JDO-FU(JTAG Debugger-based Overall Firmware Update)方法更新固件的效率,同时比较了在该RSES和某资源丰富型嵌入式系统(Resource-rich Embedded System,RRES)更新相同大小固件的效率. 测试结果表明:应用了EL-FU方法的RSES具有可靠性和稳定性;在RSES上采用EL-FU方法的固件更新效率远高于采用JDO-FU方法的;在RSES上使用EL-FU方法更新固件可以克服运算和内存资源少的限制,获得与RRES相近的固件更新效率.     

基于KVM的可信虚拟化架构模型

针对云计算安全中的虚拟化安全问题, 提出一种可改善虚拟化安全问题的可信虚拟化架构. 该架构通过在模拟处理器中添加虚拟可信平台模块, 在操作系统中添加可信平台模块驱动, 构造一个从底层基础架构到上层应用服务的可信架构. 该架构在虚拟化平台服务器中融合了可信平台模块, 可有效解决虚拟化平台服务器的安全性
问题.     

基于I.MX6Q的便携式自主水下机器人控制器设计与实现

目前便携式AUV控制器大多以X86架构处理器为核心,体积大、集成度低、功耗高。依据AUV控制系统需求,设计了以ARM Cortex-A9系列I.MX6Q CPU为核心,集成电源、GPIO、串口扩展、网卡扩展、AD采集、CAN接口多个模块的电路为硬件平台,嵌入式Linux操作系统为软件运行环境的便携式AUV控制器。在硬件上对控制器进行了定制化设计,在软件上对各模块进行了Linux设备驱动设计与移植。经测试结果表明,该控制器有效地解决了AUV电子舱占用体积大,集成度低,功耗高的问题,而且性能可靠,为便携式AUV实现产品化打下了良好的基础。     

基于I.MX6Q的便携式AUV控制器设计与实现

目前便携式AUV控制器大多以X86架构处理器为核心,体积大、集成度低、功耗高。本文依据AUV控制系统需求,设计了以ARM Cortex-A9系列I.MX6Q CPU为核心,集成电源、GPIO、串口扩展、网卡扩展、AD采集、CAN接口多个模块的电路为硬件平台,嵌入式Linux操作系统为软件运行环境的便携式AUV控制器。在硬件上对控制器进行了定制化设计,在软件上对各模块进行了Linux设备驱动设计与移植。经测试结果表明,该控制器有效地解决了AUV电子舱占用体积大,集成度低,功耗高的问题,而且性能可靠,为便携式AUV实现产品化打下了良好的基础。     

基于XScale处理器的嵌入式视频解决方案

设计基于Intel(R) XScale系列嵌入式系统处理器平台的视频解决方案.采用PXA27x处理器中的两项技术即Quick Capture接口和优化的IPP库进行开发,并引入该处理器平台的外加放置层(overlayer)多层显示,分别完成了系统的视频采集、图像异地传输和视频数据本地显示功能.实现了较高的性能指标.     

基于TMS320VC5402和S3C4510B的视频监控系统

视频监控系统以其直观、方便和信息内容丰富的特点而被广泛应用,笔者利用ARM+DSP双核结构,采用TI公司的高速数字信号处理器TMS320VC5402完成图像采集处理功能,Samsung公司的ARM芯片S3C4510B实现对DSP图像采集处理部分的实时控制,从则实现了支持Linux平台的硬件架构,完成了网口、串口和USB等接口的数据传输及图像的显示.     

基于自适应门控时钟的CPU功耗优化和VLSI设计

提出了一种CPU的功耗优化方法,即通过自适应时钟门控来解决CPU中由于流水线阻塞、浮点处理器(FPU)和多媒体协处理器空闲所导致的动态功耗浪费.首先,设计了模块级自适应时钟门控单元,并通过芯片内部硬件电路来自动监测上述模块是否空闲,模块空闲时时钟关闭,从而消除了不需要的时钟翻转带来的模块内部动态功耗消耗.然后,将自适应时钟门控单元应用于国产处理器Unicore-2中,对其流水线阻塞、FPU和多媒体协处理器空闲的产生进行功耗优化.最后,基于TSMC 65 nm工艺下已流片芯片的网表和寄生参数文件,通过反标芯片的波形获得电路翻转率,并用Prime Time PX工具进行了功耗仿真.仿真结果表明,利用本方法运行Dhrystone,Whestone和Stream三个典型测试程序时可获得18%~28%的功耗收益,其面积代价可以忽略,并对CPU性能没有影响.     

ARM与嵌入式Linux平台下SPP设计及驱动移植

为了拓展并口在专用嵌入式系统中的应用,针对以ARM9 CPU和嵌入式Linux为平台的嵌入式系统的特点,设计开发了SPP(Standard Parallel Port)标准并口接口平台.通过硬件设计及仿真验证,实现了S3C2410A与并口的硬件接口电路连接.同时对并口驱动设备栈层次进行了分析,对并口lp上层驱动进行了移植,并开发了parport下层驱动程序,实现了以ARM9 S3C2410A和嵌入式Linux为平台的打印模块.     

无线数据接口传输系统的设计和实施

研究一种利用无线数据接口电路使计算机、单片机等数据终端与其它计算机进行双向数据传输的通信系统，该系统由无线发射／接收模块、PC机接口模块及控制电路组成，在此基础上叙述了系统的硬软件设计的实现方法。     

基于网络处理器的高性能入侵防护系统研究

提出一种基于网络处理器的入侵防护系统模型,该模型基于异构多核计算架构,采用通用x86/IA多核处理器作为应用和控制CPU,运行检测和控制模块,专用网络处理器作为协处理器实现网络层面的处理,两者之间通过PCIE实现高速通信,从而实现高效能、自适应、可扩展的入侵防护系统.用NFE-i8000网络处理器和Intel Xeon E5620四核八线程的通用处理器实现系统原型,并用PHAD异常检测系统作为入侵检测器进行了模拟实验.仿真结果表明,模型不但可提高系统性能,而且按协议类型进行负载均衡的检测结果比按五元组要好.