一種基於嵌入式多cpu的計算機的構建方法

2023-04-30 14:08:21 4

專利名稱：一種基於嵌入式多cpu的計算機的構建方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機系統。
技術背景
嵌入式CPU技術特別是ARM的迅猛發展，使原有的工業用途電腦IPC機逐步退出 市場，相應而來的則是以ARM為主流CPU的嵌入式PC機(本申請中稱為EPC)。
現有EPC機的結構和特點是總線結構簡單以CPU總線為系統總線；運行嵌入式作業系統(winCE、嵌入式XP等) 或Iinux作業系統；功耗低——毋需散熱裝置；應用軟體與系統軟體捆綁固化在FLASH內。 現有EPC機主要缺陷是系統能力較弱，難以運行較大規模的應用程式(如大容量實時現場數據採集系統)。
而現有的一般家用電腦，則需要運行龐大的作業系統軟體，負擔很重，運行效率不尚ο發明內容
本發明的目的是發明一種構建新型的嵌入式多CPU的計算機的方法，既能保持如 現有的EPC機的低功耗特點，又能提高其性能，加強擴張能力。
本發明的方法是首先構建一種D-Linux作業系統，所述的D-Linux系統按功能劃 分成主應用服務處理系統(AFS)與一組標準功能協處理系統(SFS)，標準功能協處理系統 (SFS)作為主應用服務處理系統(AFS)的協處理部件來幫助前者完成對應用軟體的支持功 能。
然後，根據主應用服務處理系統和標準功能協處理系統的總數量，安排同等數量 的嵌入式CPU為核心的處理器組件構建硬體平臺，所述的嵌入式CPU，其總線自帶Flash、內 存和硬體驅動接口電路，每個嵌入式CPU只運行其對應的那個處理系統的功能。
主應用服務處理系統(AFS)與標準功能協處理系統(SFS)之間通過通信協議來完 成功能服務請求與數據交換，由於採用通信協議來協調工作，AFS與SFS就能分別運行在不 同的嵌入式CPU上，每個子系統可擁有私有的硬體資源。
優選的硬體平臺系統，由一個應用服務功能處理器組件(H-AFS)及一組標準功 能協處理器組件(H-SFS)構成；應用服務功能處理器組件用於運行D-Linux的AFS子系統 及用戶應用程式；標準功能協處理器組件則用於運行D-Linux的SFS子系統；處理器組件 之間安排內部通訊硬體接口。
優選的嵌入式CPU 以ARM7作為功能服務功能處理器組件(H-SFS)的處理器，ARM9 作為應用服務功能處理器組件(H-AFS)的處理器，每個CPU總線自帶Flash、內存、乙太網絡 晶片和USB接口。
進一步優選的整個本發明的計算機劃分為應用主服務處理部分、網絡通信服務 協處理部分、文件系統存儲服務協處理部分和窗口圖形人機對話顯示服務協處理部分四大部分，D-Linux作業系統和嵌入式CPU處理器組件對應這四部分設置四組。
本發明的有益效果是採用嵌入式多CPU組件，每個CPU只做一項工作，能大幅 度提高系統性能，又保持嵌入式單CPU低功耗的優點，特別是在Linux基礎上重新構建的 D-Linux,能讓用戶感覺是在單CPU上開發和運行Linux應用軟體，以次方式，低檔功能的 EPC將能提升為性能強大的嵌入式計算機。
具體實施方式
一、本發明的作業系統D-Linux構建方法如下 1，子系統劃分D-Linux由一個主應用服務處理子系統AFS與三個標準功能協處理系統SFS組成，三個 SFS系統分別是網絡通信服務Net_SFS，文件系統存儲服務(包括磁碟、U盤)File_SFS,窗 口圖形人機對話顯示服務X_SFS。
2，主應用服務處理子系統AFS 服務映射函數，服務映射函數是與Linux中功能函數代碼具有同樣代碼接口形式(同 樣名稱、調用方式及參數、返回結果等)的函數，但不同之處在於服務映射函數將調用轉向 映射守護模塊。
映射守護模塊，每個SFS子系統對應有一個映射守護模塊，根據子系統劃分共有 三個映射守護模塊，每個映射守護模塊即為對應SFS的驅動模塊。
服務請求響應，映射守護模塊從上層服務映射函數得到服務請求及參數，並從內 部通信接口轉發給對應的SFS，再將從內部通信接口接收到的SFS處理結果返送給上層服 務映射函數。
事件處理響應，映射守護模塊從內部通信接口接收到的SFS中發生的事件消息， 轉而向上層服務映射函數發出消息通知，再由上層映射函數送給相應的系統模塊或應用軟 件進程去處理。
3，AFS設計方法是第一步根據AFS與SFS之間的通信協議設計編寫映射守護模塊與服務映射函數代碼；第二步將Linux中歸於SFS子系統所定義的功能所對應的內核模塊、系統調用API函 數及相關代碼部分裁剪掉，代之以服務映射函數；第三步將相應的映射守護模塊一起併入Linux內核及驅動，這樣便形成AFS子系統。
4，標準功能協處理子系統SFSSFS由其監控守護程序與功能服務處理二部分組成，該二部分合併一起封裝在相應的 硬體組件H_SFS的FLASH內。
監控守護程序，監控守護程序是SFS的主程序，是用來接收來自內部通信接口上 對應於AFS的服務請求響應，並調用內部相應服務功能軟體模塊進行處理，然後將結果通 過內部通信接口發給AFS ；同時監控守護程序將檢測來自自身內部的軟硬體事件，並將事 件消息通過內部通信接口發給AFS，每個SFS均有自己的監控守護程序；監控守護程序分成二層內部通信接口驅動與監控處理。
網絡通信服務Net_SFS，Net_SFS主要功能是提供網絡套接口處理及TCP/IP協議棧處理等服務，由網絡服務監控守護程序與裁剪後的Iinux內核組成。
第一步根據AFS與網絡通信SFS之間的通信協議(自由定義設計)設計編寫網絡 監控守護程序；第二步保留Linux中有關網絡的硬體設備驅動函數，將Linux內核代碼中與TCP/IP 協議棧運行無關的部分裁剪精簡掉；第三步將網絡通信監控守護程序併入到內核主程序即可。
5，文件系統存儲服務File_SFSFile_SFS主要功能是提供文件系統管理服務功能，包括文件創建、讀寫等服務，由文 件存儲服務監控守護程序與裁剪後的Linux內核組成。
第一步根據AFS與文件存儲服務File_SFS之間的通信協議(自由定義設計)設 計編寫文件存儲服務監控守護程序；第二步保留Linux中有關文件系統的硬體設備驅動函數，將Linux內核代碼中文件系 統運行無關的部分裁剪精簡掉；第三步將文件存儲服務監控守護程序併入到內核主程序即可。
6，窗口圖形人機對話顯示服務X_SFSX_SFS主要功能是提供窗口、圖形顯示服務與鍵盤、滑鼠操作掃描響應服務，由窗口圖 形顯示服務監控守護程序與裁剪後的Iinux組成。
第一步根據AFS與窗口圖形顯示服務X_SFS之間的通信協議(自由定義設計)設 計編寫窗口圖形顯示服務監控守護程序；第二步保留linux 0PEN_GL、相關其他⑶I庫函數、X窗口系統、顯示接口驅動，保留 USB鍵盤與USB滑鼠驅動，將Iinux內核無關的部分裁剪精簡掉；第三步將窗口圖形顯示服務監控守護程序併入到內核主程序即可。
二、硬體安排方法 系統結構SPC由一個H_AFS和三個H_SFS硬體組件及組件互聯通信硬體組成，各組件之間互聯通 信接口硬體可選用為下列方式之一A、乙太網交換各CPU組件都帶一片乙太網晶片，系統主板上放一塊乙太網交換晶片， 組件通過乙太網互聯；B、混合串行總線二二對接根據各CPU組件數據速度傳輸要求，分別以PCI-ex、USB、以 太網方式二二對接；C、並行數據讀寫對接採用FIFO、雙口內存或鎖存器來完成各CPU之間數據交換，可選 用合適的FPGA晶片；首選方案為乙太網交換方式。
處理器組件基本配置 CPU選型可採用各種嵌入式CPU，首選方案為ARM7作為H_SFS的處理器，ARM9作為H_AFS的處 理器；基本功能硬體每個CPU總線自帶FLASH、MEMORY、ETHNET網絡晶片、USB接口(用於灌裝燒寫FLASH)5本實施例優選四塊功能1，應用服務主處理器組件H_AFS，用來運行用戶應用軟體及AFS，除基本配置外，毋需 另加硬體。
2，網絡通信服務協處理器組件用來運行網絡服務Net_SFS子系統，除基本配置外，需要擴充一個或若干(多網口通信) 網絡晶片及RJ45接口作為整個系統的對外網絡接口。
3，文件系統存儲服務協處理器組件用來運行磁碟(包括U盤)文件存儲服務File_SFS子系統，除基本配置外，需要擴充硬 盤驅動接口及U盤驅動接口電路。
4，窗口圖形人機對話顯示服務協處理器組件用來運行窗口圖形人機對話顯示服務X_SFS，除基本配置外，需要擴充USB鍵盤接口、 USB滑鼠接口、顯示器驅動接口等電路。
當然，根據具體的工作需要，還可以劃分更多其它功能，配合對應的D-Linux操作 系統和嵌入式CPU處理器組件來完成。
權利要求
1.一種基於嵌入式多CPU的計算機的構建方法，其特徵是首先構建一種D-Linux操 作系統，所述的D-Linux系統按功能劃分成主應用服務處理系統(AFS)與一組標準功能協 處理系統(SFS)，標準功能協處理系統(SFS)作為主應用服務處理系統(AFS)的協處理部件 來幫助前者完成對應用軟體的支持功能；然後，根據主應用服務處理系統和標準功能協處理系統的總數量，安排同等數量的嵌 入式CPU為核心的處理器組件構建硬體平臺，所述的嵌入式CPU，其總線自帶Flash、內存和 硬體驅動接口電路，每個嵌入式CPU只運行其對應的那個處理系統的功能；主應用服務處理系統(AFS)與標準功能協處理系統(SFS)之間通過通信協議來完成功 能服務請求與數據交換。
2.硬體平臺系統，由一個應用服務功能處理器組件(H-AFS)及一組標準功能協處理器 組件(H-SFS)構成；應用服務功能處理器組件用於運行D-Iinux的AFS子系統及用戶應用 程序；標準功能協處理器組件則用於運行D-Iinux的SFS子系統；處理器組件之間安排內 部通訊硬體接口。
3.根據權利要求1所述的基於嵌入式多CPU的計算機的構建方法，其特徵是以ARM7 作為功能服務功能處理器組件(H-SFS)的處理器，ARM9作為應用服務功能處理器組件 (H-AFS)的處理器。
4.根據權利要求1所述的基於嵌入式多CPU的計算機的構建方法，其特徵是將整個 本發明的計算機劃分為應用主服務處理部分、網絡通信服務協處理部分、文件系統存儲服 務協處理部分和窗口圖形人機對話顯示服務協處理部分四大部分，安排D-Linux作業系統 和嵌入式CPU處理器組件對應這四部分設置四組。
全文摘要
一種基於嵌入式多CPU的計算機的構建方法，其特徵是首先構建一種D-Linux作業系統，然後根據作業系統中處理系統的總數量，安排同等數量的嵌入式CPU為核心的處理器組件構建硬體平臺，所述的嵌入式CPU，其總線自帶Flash、內存和硬體驅動接口電路，每個嵌入式CPU只運行其對應的那個處理系統的功能；各處理系統之間通過通信協議來完成功能服務請求與數據交換。本發明可以構建新結構的計算機系統，這種系統效率高、能耗低，而且軟體運行、開發環境友好，和單CPU的感覺相同。
文檔編號G06F15/16GK102033849SQ201010618949
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者黃忠林 申請人:黃忠林