基于龙芯CPU数控系统通信平台的设计与实现
PC与SIEMENS数控系统通信技术
700028, 编辑其报警文本为 / 刀架电机过载, 请检查 0,
进一步设置 M D14516[ 28] 还能设置该用户报警的报 警响 应和清除条 件。
经过以上设置和修改பைடு நூலகம் 刀架电机过载监控功能即 可完成, 冷却电机的监控同理可得 [ 4]。
1. 3 PLC 参数设置
西门子为了让其示例 PLC 程序尽可能多地满足 多种场合的需要, 设计了 PLC 参数功能, 用户只需要 简单配置 PLC参数, 即可以让该程序满足用户的个性 需要。连接 4工位简易霍尔刀架需设置的 PLC 参数见 表 2所示。
WOR D WOR D WOR D BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL
刀架刀位数 刀架锁紧 ( 反转 ) 时间
刀架监控时间 刀位检测输入
手动换刀键 刀架电机过载 刀架转位输出 刀架锁紧输出 刀架工作状态显示
用户报警输出
M D 14510 [ 20] M D 14510 [ 22] M D 14510 [ 21]
是计算机与数控机床间一对多的通信, 即网络 DNC。本文主要介绍计算机与数控机床间的一对一通信技术。
关键词: PC; 数控系统; 通信
中图分类号: TN 914. 3
文献标识码: B
文章编号: 1004- 0420( 2010) 06- 0008- 02
The comm unication technology of PC and SI EM ENS CNC
收稿日期: 2010- 08- 15 作者简介: 朱 俊 ( 1979 - ), 男, 讲 师。从事 研 究方 向: 数 控 机床维修。
机械工业出版社, 2008. [ 2] 马 旭, 叶 钟辉. 基于 W inPC IN 的数控 机床 与 PC 的 通
基于龙芯开源CPU的计算机组成原理实验课程改革
图 3 单周期 CPU 的大致框图
学生的理论知识和实际动手能力有较高要求，且 程序调试较复杂。为此，在教学实践中，笔者将 该实验设置为可选，鼓励学有余力的学生完成。 2.8 静态五级流水 CPU 的实现
最后一个实验要求学生设计一个五级流水 CPU。该 CPU 的主体部分使用 2.7 节完成的多周 期 CPU，但此处要求将指令拓展到 40 条以上， 并 在 此 前 基 础 上 加 入 延 时 槽 技 术。 此 外， 该 实 验在每个模块中加入 allow_in 信号和 over 信号， 以此使该模块不断运作，从而实现流水线效果。 该实验使用了大量的控制信号来维持流水线的 秩序，要求学生对 CPU 功能结构有深入的了解， 并能把各模块联系起来，最后还要通过仿真器分 析设计结果，做出改进。在教学实践中，笔者将 该实验设置为可选，鼓励学有余力的学生完成。
计算机教育
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Computer Education
2018
一系列教学改革尝试。在实验过程中，通过指导 学生动手实践，从零开始逐步完成一个可真实运 行的 CPU 核心，激发了学生的学习主动性，巩 固了学生的课堂知识，使学生对所学知识融会贯 通，取得了较好的教学成果。基于龙芯开源 CPU 的计算机组成原理实验平台已在南京邮电大学的 2014、2015 级计算机专业本科生中试用，在教 学过程中取得了较好的教学效果。 3.1 教改成效
此外，龙芯具有较好的社会影响力，配套培 训较多，学生学习热情高。例如，2017 年 6 月， 龙芯公司在南京航空航天大学进行了全国大学生 计算机系统能力培养大赛的相关培训 [8]，在培训 过程中，龙芯开发人员介绍了龙芯开源 CPU 的 设计流程，对实验箱进行了演示，详细介绍了所 用的 MIPS 指令集，极大地提高了学生对于计算 机整体系统的认识。 3.2 存在的问题和思考
基于龙芯处理器的可信计算机研究与设计
信 任 链 的 起 点 在 系统 启 动 过 程 中 ， 过 调 用 Ｔ 通 ＣＭ 中 的 可 信 测 量
模 块 实 现 对 系统 启 动 加 载 程 序 完 整 性 的 验 证 ，借 助 信 任链 传递 机 制 依 次 将 这 种 验证 机 制 传 递 到 应 用程 序 层 。由于 Ｃ Ｔ 与 处 ＲＭ 理 器 架 构 和 指 令 集 紧密 相 关 ， 有 跨 平 台 的 特 点 ， 具 因此 ， 信 Ｐ 可 Ｃ 平 台 中的 Ｃ Ｔ 只适 用 于 Ｘ ６处 理器 可 信 汁算 平 台 。由于 龙 芯 ＲＭ ８
随 着 龙 芯 处 理 器 技术 的 日益 成 熟 ，各 种 相 关 计 算 机产 品逐
是 运 行 在 ＢＯＳ之前 的一 段 独 立 代 码 或者 就 是 ＢＯＳ本 身 ， 为 Ｉ ｌ 作
渐 应 用 到各 个 领 域 ， 而在 一 些 特 定 的应 用 领 域 ， 了 采 用 国 产处 除
理 器 还 不 能 保 证 计 算 机 的 可控 与 安 全 ，要 实 现计 算 机 的 系 统安
ｏｆ ｏ ｇｓ ＣＰＵ． ｃ ｄｉｇ ｈ ｔｕ ｔ ｃ Ｉｏｎ ｏｎ Ａｃ ｏｒ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓｅｄ ｏｍｐｕ ｅ ｔ ｈ ｏｌ ，ｘ ｔ ｅ ｈ ｄｅ ｉ ｏ ｔ ｅ ｒｏ ｏ ｔｕｓ， ｕ ｔ ｃ ｉ ａｎ ｔ ｒ ｅｃ ｎ ｏｇｙｅ ｐａ ｉ ｔｅ ａｔ ｓｇｎ ｆ ｈ ｏ ｔ ｆ ｒ ｔｔ ｓｅｄ ｈａｎ ｒ ｄ Ｔｒ ｓｅ Ｓｏｔ ｅ ｔ ｃｋｂｒ ｇ ｏｒ ｒ ｈ ｅ ｈ ｄ ｆ ｅｓｇｎ ｔ ｅ ｔｕ ｔ ｄ ｏｍｐｕｅｒ ａｓ ｄ ｎ ｏｍｅｍ ａ ＣＰＵ ｕ ｔｄ ｆｗａｒ Ｓ ａ ， ｉ ｆ ｗａ ｄ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｏ ｄ ｉ ｈ ｒ ｓｅ ｃ ｎ ｔ ｂ ｅ ｏ ｈ ｄｅ Ｋｅ ｗｏｒ ｆ ｏｎ ｏ ｙ ｄｓ ｏ ｇｓ ｎ ＣＰＵ， ｕ ｔｄ ｌ ｔ ｓｅ ｃｏ ｐ ｅ ， ｓｇｎ， ｓ ｒ ｈ ｒ ｍ ｕｔｒｄｅ ｉ ｒ ｅａ ｃ ｅ
浅谈我国自主研发的CPU和操作系统的发展概况及前景
浅谈我国自主研发的CPU和操作系统的发展概况及前景物理学院臧雨宸随着“棱镜门”事件的曝光，越来越多的人意识到信息安全是一个国家的核心安全。
在很多领域，我国开始使用自主研发的中央处理器和操作系统，例如“龙芯”CPU和OS操作系统等等。
发展概况2001年5月，在中科院计算所知识创新工程的支持下，龙芯课题组正式成立。
2002年8月10日，首片龙芯1号芯片X1A50流片成功.龙芯最初的英文名字是Godson，后来正式注册的英文名为Longstanding。
龙芯CPU由中国科学院计算技术所龙芯课题组研制．由中国科学院计算技术所授权的北京神州龙芯集成电路设计公司研发，前期批量样品由台湾台积电生产。
尽管今天的“龙芯”还存在着诸多问题，与目前主流CPU 相比性能上还有不少差距,还不能与Intel和AMD的CPU在PC 市场上竞争，但坦率讲，今天“龙芯”的境遇已经比当年的“联想汉卡”好多了。
回想当年的“联想汉卡”是由做大型机出身的毫无产业经验的科研人员一块一块的手工焊接而成、又一块一块的人工检测。
据说1986年，联想第一线销售人员每天接到的投诉电话和定货电话几乎一样多----每卖出100块“汉卡”，就有30块出问题；而今天的“龙芯”不仅获得了中科院重大知识创新项目和国家863计划的支持，通过了严格的成果鉴定、基准程序测试和产品测试，可进入商品化生产；还得到了各地政府和企业的大力支持，已在江苏省常熟市建立了产业化基龙芯一号CPU IP核是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位内核，采用类MIPS III指令集，具有七级流水线、32位整数单元和64位浮点单元。
龙芯一号CPU IP核具有高度灵活的可配置性，方便集成的各种标准接口。
图1显示了龙芯一号CPU IP 核可配置结构，其中虚线部分表示用户可根据自己的需求进行选择配置，从而定制出最适合用户应用的处理器结构。
主要的可配置模块包括：浮点部件、多媒体部件、内存管理、Cache。
26929433_龙芯指令系统架构及其软件生态建设
龙芯指令系统架构及其软件生态建设胡伟武 高翔 张戈(龙芯中科技术股份有限公司,北京100190)摘要:构建独立于Wintel体系和AA体系的安全可控的信息技术体系是龙芯的发展目标㊂介绍龙芯自主指令系统架构LoongArch;并从构建LoongArch的基础软件体系㊁研发兼容及自主编程框架㊁通过二进制翻译实现与X86等主流架构的应用兼容㊁LoongArch开源社区建设等方面介绍龙芯软件生态建设进展及计划㊂关键词:龙芯指令系统架构;龙芯基础版操作系统;应用兼容框架;自主编程框架;二进制翻译中图分类号:F426.6;TP368.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A引用格式:胡伟武,高翔,张戈.龙芯指令系统架构及其软件生态建设[J].信息通信技术与政策, 2022,48(4):43-48.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.04.0080㊀引言改革开放以来,我国的信息产业主要构建在以Intel的CPU和微软的Windows操作系统形成的Wintel体系和以ARM的CPU和谷歌的Android操作系统形成的AA体系基础之上,这不仅使国家安全受到威胁,产业发展也受制于人㊂2011年,我国电子信息产业前100强企业的总利润加起来不及美国苹果公司的一半[1]㊂2012年,全球手机市场总利润中仅苹果公司和三星公司就占97%,该比率在2016年为94%[2]㊂同样是卖整机,主导手机生态的苹果公司2018年的销售收入为2656亿美元,净利润为595亿美元[3],而没有自主生态的联想公司2018年的销售收入为510亿美元,净利润为6亿美元[4]㊂同样是卖芯片,主导计算机生态的Intel公司2018年的销售收入为708亿美元,净利润为210亿美元[5],没有自主生态的展锐公司销售收入为16亿美元,利润亏损(展锐公司手机芯片销售数量不少于Intel公司的电脑芯片销售数量)㊂可见,我国信息产业的发展关键在于基于自主CPU和操作系统建立独立于Wintel体系和AA体系的自主信息技术体系㊂要形成国内信息产业大循环,需把握3个主要环节㊂一是基于自主核心IP的芯片研发㊂核心IP对芯片的性能㊁成本㊁功耗㊁安全性具有决定性作用,常见的核心IP有CPU核㊁GPU核㊁内存接口㊁高速IO接口等㊂二是基于自主指令系统的软件生态㊂指令系统是计算机最重要的知识产权,决定了软件的编码表征与存储格式,承载着软件生态的发展创新,是建立软件独立生态系统的基础㊂如X86指令系统承载桌面计算机和服务器的软件生态,手持移动终端软件生态由ARM 指令系统承载㊂三是基于自主可控材料设备的生产工艺㊂目前,我国境内材料设备工艺已经可以基本满足我国自主信息化建设的要求,但包括光刻胶㊁光刻机在内的材料和设备还有许多方面受制于人,预计经过努力,这些问题将在未来10年逐步得到缓解㊂上述 3个基于 实质上就是我国信息产业要打通的3个堵点㊂经过2001年以来20多年的努力,通过自主研发CPU核㊁GPU核㊁内存接口㊁高速IO接口等核心IP,龙芯公司于2021年正式推出的龙芯四核3A5000以及16核3C5000处理器的通用处理性能已经逼近市场主流产品的水平,正在研制的下一代龙芯3A6000/3C6000及3A7000/3C7000系列性能将达到市场主流产品的水平㊂龙芯公司自主生态建设的主要瓶颈从CPU性能不足转向软件生态不够丰富㊂本文从指令系统㊁操作系统㊁二进制翻译㊁开源社区等方面介绍龙芯软件生态的建设进展及计划㊂1㊀推出自主指令系统架构LoongArch指令系统是CPU所执行的软件指令的二进制编码格式规范,是计算机的软硬件界面,是CPU和操作系统共同的根技术㊂一种指令系统承载了一个产业生态,如X86指令系统承载桌面计算机和服务器产业, ARM指令系统承载手持移动终端产业㊂就像中国人可以用英文写文章,但不可能基于英文发展中华民族文化,基于国外指令系统中国的信息产业可以做产品,但构建安全可控的信息技术体系和产业生态则不可能㊂2021年,龙芯公司基于20年的CPU研制和生态建设积累推出了龙芯指令系统架构LoongArch (Loongson Architecture),包括基础架构部分㊁虚拟化和二进制翻译㊁向量指令等扩展部分,近2000条指令㊂龙芯公司从2020年起新研制的CPU均支持LoongArch,包括3A5000㊁3B5000㊁3C5000及后续型号㊂LoongArch具有自主研发㊁技术先进㊁兼容生态三方面特点㊂自主研发:龙芯指令系统架构在整个架构的顶层规划各部分的功能定义;对每条指令的编码㊁名称㊁含义等都进行了自主设计,具有充分的自主性㊂技术先进:作为自主研发的新架构,龙芯指令系统架构从设计初始,一方面摒弃了其他传统指令系统中已经不适应软硬件设计技术当前发展趋势的部分陈旧内容,另一方面也吸纳了诸多近年来指令系统设计领域的先进发展成果,因此不仅在硬件方面是便于高性能低功耗的设计,而且在软件方面也易于编译优化以及操作系统和虚拟机的开发㊂兼容生态:龙芯指令系统架构在设计时充分考虑了兼容生态的需求,在融合了各国际主流指令系统主要功能特性的同时,也依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术创新积累,对多种国际主流指令系统实现了高效的二进制翻译,从而实现了对X86㊁ARM等指令系统平台上二进制应用程序的高效运行,达到了生态融合的目的㊂软件生态是龙芯指令系统架构能否成功的基础和关键㊂基于自主指令系统构建基础软件生态需要 2+ 3+3+2 的十大能力㊂一是需要迁移BIOS和操作系统内核到LoongArch,其中操作系统内核还包含虚拟化㊁图形㊁网络等驱动程序㊂二是三大编译器,包括GCC㊁LLVM和GoLang㊂三是三大虚拟机,包括Java㊁JavaScript和.NET㊂四是两大二进制翻译系统,包括从X86到LoongArch的二进制翻译系统和从ARM到LoongArch的二进制翻译系统㊂在上述 2+3+3+2 的十大能力基础上,就能够突破指令系统的壁垒,构建LoongArch的软件生态体系㊂龙芯公司通过长期的技术积累掌握了上述十大能力,奠定了应用软件生态全面持续发展的良好基础㊂2㊀建成基于LoongArch的基础软件技术体系㊀㊀基础软件技术体系是CPU生态发展的基石,在计算机应用和计算机硬件之间起到承上启下的关键作用㊂图1以层次结构的形式描述了基于LoongArch的软件技术体系㊂其中系统架构层㊁编译工具与运行环境层㊁专项技术层属于基础软件体系㊂系统架构层包括固件㊁内核㊁虚拟化系统㊁驱动系统等,其中虚拟化系统和驱动系统与内核紧密关联,也可以被认为是内核的组成部分㊂固件及内核除了与指令系统相关,还与硬件结构紧密相关㊂LoongArch的固件和内核块已经由龙芯公司完成开发并负责维护㊂为了实现操作系统级的二进制兼容,龙芯公司还制定了涵盖CPU㊁桥片㊁固件㊁操作系统内核的技术发展标准,实现了龙芯统一系统结构标准规范㊂在该架构规范下,一个操作系统的二进制可以在LoongArch的不同CPU和不同主板上直接安装运行㊂编译工具与运行环境层包括GCC编译器㊁LLVM 编译器㊁GoLang编译器三大编译器以及Java虚拟机㊁JavaScript虚拟机㊁.NET虚拟机三大虚拟机㊂有了上述编译工具,就可以构建出整个操作系统㊂上述三大编译器和三大虚拟机与指令系统紧密相关,已经由龙㊀㊀图1㊀基于LoongArch的软件生态层次结构芯公司完成开发并负责维护㊂专项技术层包括浏览器㊁图形系统㊁音视频系统㊁数据库㊁中间件㊁容器系统等㊂龙芯公司设置专门的团队负责浏览器㊁媒体播放器㊁图形系统㊁Docker容器等技术的开发和维护,并支持合作伙伴研发龙芯平台的数据库㊁中间件等软件产品㊂这些专项技术都已经在LoongArch平台落地生根,支撑各自领域规模化的产品应用㊂应用系统层包括办公软件㊁版式文件㊁微信㊁图形应用㊁科学计算㊁办公自动化㊁大数据及AI应用等㊂龙芯公司联合全产业链伙伴共同建设应用系统层的生态,主要的OA娱乐等应用厂商都已经发布了基于LoongArch的产品㊂经过多年的努力,LoongArch的基础软件趋于完善,下一步的研发重点将更加注重操作系统与应用的结合部,从应用兼容性和自主编程框架等方面取得突破㊂3㊀构建兼容及自主的编程框架应用的兼容性问题是Linux系统普遍存在一个问题,体现在基于Linux的不同操作系统(如Loongnix㊁统信㊁麒麟)应用不兼容以及同一操作系统随开源社区进行版本升级后可能导致原应用不兼容㊂例如,由于统信和麒麟操作系统打包格式㊁库版本的不完全一致,虽然同为Linux操作系统,即使在相同硬件上,应用开发者(如微信)仍需要分别针对统信和麒麟操作系统开展迁移工作,而且随着统信或麒麟操作系统的升级,可能还需要重新迁移㊂为了解决上述问题,龙芯公司正在实现LoongArch平台上不同厂家㊁不同版本操作系统的应用兼容框架㊂在该框架下,应用开发者(如微信)针对LoongArch的Linux平台只需要迁移一次(如迁移到统信平台上),当该应用在其他Linux平台(如麒麟或Loongnix)运行时,由龙芯公司开发的兼容包 提供 该应用需要的运行环境,实现该应用在其他Linux平台上的直接运行㊂实现跨Linux平台的应用兼容是一项综合容器㊁虚拟机及自主打包格式等在内的综合性技术,其中虚拟机主要针对操作系统内核升级引起的兼容性问题㊂自主操作系统的根本性标志是开发出自主编程语言和编程应用框架㊂操作系统生态是否繁荣的直接标志在于应用的数量,而应用产生于编程应用框架,是操作系统平台的重要组成部分㊂从某种意义上说,基于Linux的国产操作系统都不是自主操作系统,而是开源操作系统的自主发行版㊂Android也源于Linux,但同一个APP可以在不同厂家的Android手机上直接运行,且可以在升级后的Android平台上直接运行,就是因为Android设计了专门的编程语言和编程框架(Android Application Framework)㊂微软的Windows 和苹果的IOS也是如此㊂我国的操作系统由于没有自主的编程语言和编程框架,只能跟着开源的升级而不断升级,导致应用生态发散和无休止的适配㊂龙芯公司将在充分调研Android㊁IOS和Windows编程框架的基础上提出自主编程框架,实现从操作系统跟随性发展的 必然王国 走向自主发展的 自由王国 ㊂4㊀通过二进制翻译补充LoongArch软件生态LoongArch作为一种新型指令系统,在其原生软件生态成熟之前,可借助二进制翻译技术兼容支持X86㊁ARM等生态的应用,以弥补其早期应用生态的不足㊂作为LoongArch的原生软件生态的补充,构建从X86到Loongarch的体系结构翻译器LATX (Loongson Architecture Translator from X86),从ARM 到Loongarch的体系结构翻译器LATA(LoongsonArchitecture Translator from ARM)㊂LoongArch体系结构翻译器和之前翻译器工作的区别在于在LoongArch 定义时就充分考虑了多种指令系统二进制翻译的需求,强调更加紧密的软硬件协同,大幅提高了跨指令系统二进制翻译的效率㊂表1给出了LoongArch软件生态的结构㊂表1㊀LoongArch二进制翻译示意表Loongarch Linux APPs X86Windows/LinuxAPPsARM AndroidAPPs LAT from X86LAT from ARM Loongnix on LoongarchLoongarch实现从X86平台到龙芯平台的高效二进制翻译,需要从3个层面展开工作㊂一是实现从X86指令到LoongArch指令的二进制翻译㊂二是为了提高翻译效率,为提高X86二进制翻译性能增加专门指令,比如增加一个包含170多条指令的LBT(Loongson BinaryTranslation)扩展㊂三是为了运行X86的Windows应用,基于开源的Wine软件[7]在Linux上模拟出Windows的系统调用和驱动程序等功能,由于开源的Wine平台不够完善,需要对Wine进行完善和优化㊂龙芯二进制翻译系统将支持以下X86平台应用㊂(1)在龙芯平台上支持X86/Linux应用㊂X86/ Linux平台上有较为丰富的工程类软件,如EDA工具等㊂此外,X86/Linux上办公类软件也相对比较丰富,如腾讯QQ等㊂(2)在龙芯平台上支持X86/Windows应用㊂为了运行X86/Windows应用,不仅需要通过LATX实现对指令的翻译,还需要类似于Wine的平台模拟Windows环境㊂目前,基于LATX+Wine平台已经可以在龙芯3A5000上运行包括微信㊁PhotoShop等在内的X86/Windows应用㊂(3)在龙芯平台上支持X86/Windows外设㊂用户现场的不少老旧打印机未提供Linux系统驱动,无法在Linux类操作系统上使用㊂基于二进制翻译技术,在龙芯系统上采用虚拟化方式直接运行Windows原生驱动程序㊂目前,基于龙芯基础版操作系统Loongnix以及基于龙芯平台的商业操作系统已经开始集成支持此方案㊂到2021年年底,LATX已经发布了Alpha版㊂龙芯公司将在兼容性和性能两个方面持续改进和优化LATX和Wine,争取到2022年达到可用水平㊂在此基础上,龙芯公司开展了LATA二进制翻译器的研究㊂力争通过持续改进和优化,实现在 十四五 期间消除指令系统壁垒,在LoongArch平台上方便地运行X86和ARM平台的软件㊂5㊀推动LoongArch开源社区建设全球的信息产业已经构筑在了以开源软件为基础的开放技术体系之上,龙芯的软件生态将深度融入国际开源软件发展的大格局㊂图2描述了龙芯软件生态的层次关系㊂第一层是上游开源软件社区,如内核社区㊁JDK社区㊁FFMPEG社区㊁Moziilla社区等,龙芯公司将联合开源软件界的全球力量,实现对LoongArch 的社区原生支持㊂第二层是国内外的操作系统社区,如龙蜥社区㊁欧拉社区㊁龙芯Loongnix社区㊁Debian社区等,这些社区将基于第一层上游开源社区对LoongArch支持的软件版本发布支持龙芯CPU的社区版操作系统㊂第三层是商业操作系统,如统信操作系统㊁麒麟操作系统等,基于第一和第二层的工作成果,龙芯公司将支持和配合商业操作系统厂商研制支持龙芯CPU的品牌操作系统㊂在上游开源软件社区,LoongArch已得到国际开源软件界广泛认可与支持,正在成为与X86㊁ARM并列的顶层生态系统㊂龙芯公司积极推进在上游开源软件社区的LoongArch生态建设工作,已从国际GNU组织获得表征LoongArch的专属架构编号(ELF Machine 编号,258号)㊂至本文撰稿时,基础编译工具链Binutils㊁主流视频编解码库FFmpeg㊁浏览器Javascript 引擎V8等重要软件社区已经发布了支持LoongArch 的最新版本,Linux内核㊁GCC编译器㊁LLVM编译器㊁GLibc库㊁.Net等社区正在实现对LoongArch的原生支持㊂从2022年起,龙芯公司将每年投入一定的经费资助海外社区开发者的工作㊂在得到上游开源软件社区的支持后,LoongArch生态将随社区自动演进,可以极大地丰富支持LoongArch的软件版本,大幅减少软件迁移适配工作㊂图2㊀LoongRrch开源社区及商业操作系统㊀㊀龙芯公司积极参与国内外操作系统社区的工作,并组建了Loongnix操作系统社区㊂在与广大合作伙伴的共同努力下,国内的龙蜥㊁欧拉等操作系统社区都已发布了支持龙芯CPU的社区版操作系统㊂通过捐赠机器㊁资助开发者㊁派驻人员等形式,龙芯公司积极支持Debian㊁Alpine等国际操作系统社区的龙芯版本研发工作㊂龙芯公司依托龙芯开源社区(),强化基础软件核心组件的研发与优化,发布龙芯社区版操作系统Loongnix㊂作为龙芯软件生态建设的重要平台,Loongnix集成龙芯软件生态研发的最新成果,以 源码开放㊁免费下载 的形式进行发布,可应用于日常办公㊁生产㊁生活等场景㊂操作系统有两种典型的商业模式,一是微软的Windows闭源授权模式,二是谷歌的Android开源基础版模式㊂龙芯公司研制并提供基于LoongArch的基础版操作系统Loongnix,支持包括统信㊁麒麟在内的专业操作系统企业推出的品牌操作系统,并且同时支持整机和系统企业基于Loongnix的定制操作系统㊂龙芯公司基于Loongnix平台体系和操作系统发展模式,将统一系统架构㊁应用兼容框架等技术标准规范贯穿实施到产业技术链的各个环节,使得龙芯平台的操作系统实现跨整机兼容㊁CPU代际兼容和应用升级兼容㊂龙芯公司还组建了应用合作社,作为聚集开发者的平台和发布应用的渠道㊂通过商务模式创新,龙芯公司聚集国内外的应用开发者开发应用,通过规范组织和管理,实现应用生态的繁荣发展㊂6㊀结束语我国信息产业的根本出路在于构建独立于Wintel 体系和AA体系的自主信息技术体系㊂基于自主研发的CPU构建自主可控的信息技术体系任重道远,,但前途光明,有利于国家产业发展和人民生活改善㊂指令系统和生产工艺是信息产业的两个重要基石㊂构建自主信息技术体系必须而且只能基于自主指令系统㊂本文从龙芯指令集系统㊁操作系统㊁二进制翻译㊁开源社区建设等方面介绍了基于自主指令系统构建软件生态的已有进展和工作计划㊂预计再经过1~2年的努力,就能够完成上述基于LoongArch的基础软件生态建设,引领我国基础软件的生态建设从以前的跟随性发展道路走向自主发展道路㊂参考文献[1]OFweek电子工程师网.我国电子信息百强利润总额884亿元不抵苹果一半[EB/OL].(2018-08-09)[2022-02-23]./2012-08/ART-8100-2800-28631174.html.[2]证券时报.苹果2016年营业利润占全球市场份额近八成[EB/OL].(2017-03-09)[2022-02-23].http:// /2017/0309/13099890.shtml. [3]Apple Inc.Form10-K for the fiscal year ended september 29[R],2018.[4]联想集团有限公司.2018/19年报[R],2019.[5]Intel Corporation.2018Annual Report[R],2019.作者简介:胡伟武㊀龙芯中科技术股份有限公司董事长兼总经理,中国科学院计算技术研究所研究员㊁博士生导师,主要研究方向为计算机体系结构高翔㊀㊀龙芯中科技术股份有限公司董事㊁副总裁,博士,教授级高级工程师,主要研究方向为计算机体系结构㊁操作系统等,全程参与龙芯处理器的研发与产业化工作张戈㊀㊀龙芯中科技术股份有限公司董事㊁副总裁,博士,教授级高级工程师,主要研究方向为计算机体系结构,负责龙芯处理器在信息系统领域的产业化推广与生态合作Building the software ecosystem for the Loongson instructionset architectureHU Weiwu,GAO Xiang,ZHANG Ge(Loongson Technology Corporations Limited,Beijing100190,China) Abstract:It is essential to build a new information technology ecosystem besides Wintel(Intel CPU+Windows OS) and AA(ARM CPU+Android OS).This paper introduces the Loongson instruction set architecture(LoongArch)and considerations and progresses about building the software ecosystem for LoongArch on the aspects of operation system, binary translation and open source software community.Keywords:Loongson instruction system architecture;Loongson basic operating system;application compatibility framework;autonomous programming framework;binary translation(收稿日期:2022-02-23)。
龙芯嵌入式系统软硬件平台设计
谢谢观看
除了硬件设计，软件设计也是嵌入式系统设计的关键部分。《龙芯嵌入式系统 软硬件平台设计》的作者详细介绍了龙芯嵌入式系统的软件设计，包括操作系 统的选择、驱动程序的开发和应用程序的编写。
龙芯嵌入式系统选择的操作系统是Linux，它是一种开源的、稳定的和高效的 操作系统。在本书中，作者详细介绍了Linux操作系统的启动流程、文件系统、 进程管理等方面的知识。
《龙芯嵌入式系统软硬件平台设计》这本书是一本非常优秀的嵌入式系统设计 书籍，它内容全面、实用性强、写作风格好。通过阅读这本书，我不仅对嵌入 式系统有了更深入的了解，还掌握了很多实用的设计技巧。如果大家对嵌入式 系统感兴趣，我强烈推荐大家阅读这本书。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ录分析
《龙芯嵌入式系统软硬件平台设计》是一本全面介绍龙芯嵌入式系统设计方法 的书籍，以下是对于这本书的目录的分析。
内容摘要
《龙芯嵌入式系统软硬件平台设计》是一本非常全面和实用的嵌入式系统设计书籍，适合嵌入式 系统设计工程师和技术人员阅读和学习。这本书可以帮助读者深入了解龙芯嵌入式系统的设计和 应用，掌握嵌入式系统设计的核心技能，提高其专业水平和实践能力。
精彩摘录
嵌入式系统设计是计算机科学技术中一个非常重要的领域，它涉及到硬件和软 件的集成与优化。嵌入式系统的核心是微处理器，它可以控制所有的硬件组件， 包括输入/输出设备、传感器和执行器等。
该章节主要介绍了龙芯嵌入式软件平台的设计方法，包括操作系统、驱动程序、 应用程序的开发流程和关键技术。其中，特别针对龙芯处理器的体系结构和特 点，详细介绍了龙芯处理器的指令集和编程模型。
该章节重点介绍了龙芯嵌入式系统驱动程序的开发方法和关键技术，包括设备 驱动程序的基本概念、驱动程序框架、设备驱动程序的开发流程、驱动程序调 试技巧等。同时，还针对实际应用场景列举了一些典型的驱动程序开发案例。
一种高性能可信平台控制模块的设计和实现
０引言可信平台控制模块(Trusted Platform Control Module, TPCM)的前身可信平台模块(Trusted Platform Module, TPM )是一种基于可信计算技术的硬件设备。
模块与宿主机相连，用于验证用户、硬件、系统的身份信息，并处理宿主机可信计算相关的业务请求。
可信计算联盟(Trusted Computing Group, TCG ) 提出的可信平台模型的可信度量根是可信启动代码，可信模块受宿主机支配，属于被动度量。
模块无法保证宿主机启动代码和处理器启动时的可信状态。
如果启动代码遭到篡改，可以使宿主机绕过可信平台模块运行而不受控制，可信功能完全失效。
现在以BIOS （Basic Input Output System,基本输入输出系统）、UEFI （Unified Extensible Firmware Interface,统一可扩展固件接口）等启动代码为目标的攻击越来越多，TPM不足以应对这类威胁。
我国在可信计算技术领域上居于世界先进水平，提出了将可信模块作为可信根的主动度量技术。
模块在开机后中断主机的启动操作，度量认证启动代码，认证通过后解除控制，主机正常启动。
近年来出现了很多关于TPCM实现启动代码度量技术的研究成果。
这些方法实现了计算机启动控制和启动代码度量认证，为可信应用提供了更好的支撑。
目前主要有两种启动代码度量的方式：一种思路是控制电源电路，先度量启动代码，然后让主板上电；另一种思路是控制CPU的复位信号暂缓CPU的启动，在启动代码度量通过后让CPU读取启动代码。
两种主动度量实现方式都不可避免地需要在主板上集成控制电路和启动代码，必须修改主板硬件。
前者需要修改主机的电源电路和主板两部分硬件，还需要加装电源控制模块。
后者需要在主板上实现控制电路，工作量也比较大。
本文基于上述第二种思路，提出一种优化方案, 将可信BIOS放置在TPCM内部，TPCM在上电自检时对BIOS的度量认证，之后使能CPU完成BIOS 的启动。
基于RTLinux的Open_CNC系统平台研究及应用
基于RTLinux的Open_CNC系统平台研究及应用摘要：随着数控技术的不断发展，基于实时操作系统的Open_CNC系统平台在机械加工领域得到了广泛的应用。
本文以RTLinux实时操作系统为基础，研究了Open_CNC系统平台的设计与实现，并将其应用于数控机床控制系统中。
通过实验验证，该系统平台能够实现高精度、高效率的机床控制，提升了数控机床的加工质量和生产效率。
关键词：实时操作系统；Open_CNC；RTLinux；数控机床1. 引言数控技术已成为现代机械加工领域的重要手段，将传统机械加工转变为数字化、智能化的生产方式。
实时操作系统在数控机床控制系统中扮演着重要角色，保证了机床控制信号的时序性和可靠性。
Open_CNC是一种基于开放源代码的数控系统平台，结合实时操作系统能够实现高精度的机床控制。
2. RTLinux实时操作系统RTLinux是一种基于Linux内核的实时操作系统，具有良好的实时性能和可靠性。
与传统的实时操作系统相比，RTLinux能够提供更高的任务响应速度和更低的延迟。
因此，选择RTLinux 作为Open_CNC系统平台的基础操作系统是合理的。
3. Open_CNC系统平台设计与实现Open_CNC系统平台由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分主要包括数控机床的传感器与执行器，通过接口与计算机连接；软件部分则是运行在RTLinux操作系统上的数控软件。
该系统平台通过实时采集和处理传感器信号，实现对机床的高精度控制。
4. 实验与应用通过将Open_CNC系统平台应用于数控机床控制系统中，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，该系统平台能够实现对机床控制信号的实时采集和处理，保证了机床的高精度控制。
同时，系统平台具有较低的延迟和较高的响应速度，提高了机床的加工效率。
5. 结论本文基于RTLinux实时操作系统，研究了基于Open_CNC系统平台的设计与实现，并将其成功应用于数控机床控制系统中。
龙芯架构LS2K1000LA在内燃机车中央处理器模块的自主化设计和实现
龙芯架构LS2K1000LA在内燃机车中央处理器模块的自主化设计和实现[摘要]在国际形势发生复杂变化的背景下，先进技术和高端设备不断的受到外部环境的打压和制裁，国家经济发展受到严重制约影响，国家不断提升和突破科技水平，各行业设备在受外部环境下，存在自主国产化的强烈需求。
本文介绍一种基于自主指令系统架构（LoongArch），低功耗龙芯LS2k1000LA处理器搭载SylixOS实时操作系统在内燃机车中央处理器模块的实现，为自主国产化内燃机车控制技术提供了全新的高实时高可靠性解决方案。
[关键词] LS2k1000LA ；SylixOS；自主国产化；内燃机车中央处理器[中图分类号][文献标志码]The independent design and implementation of Loongson LS2K1000LAin the Central Processing Unit module of diesel locomotiveLiu Zhenhua ，Zhao Chao，Li Youfei（Xi 'an Xiangxun Technology Co. LTD，Xi'an, Shaanxi 710000）Abstract: Under the background of complex changes in the international situation, advanced technology and high-end equipment are constantly under the pressure and sanctions of the external environment, and the national economic development is seriously restricted. The country keeps improving and breaking through the level of science and technology. Under the external environment, there is a strong demand for independent localization of equipment in various industries. Based on autonomous instruction system architecture (LoongArch), this paper introduces the implementation of low powerLoongson LS2k1000LA processor with SylixOS real-time operating system in the central processing unit module of diesel locomotive, which provides a new high real-time and high reliability solution for the control technology of domestic diesel locomotive.Keywords：LS2k1000LA; SylixOS; Independent localization; Locomotive central processing unit0 引言HXN3B型内燃调车机最初引进EMD公司设计的EM2000微机控制系统实现整车控制，该EM2000系统采用模块化设计，内部设备分为数字量输入输出模块，模拟量输入输出模块，牵引逆变控制模块和中央处理器模块，各模块之间由原厂家自定义低速总线实现与中央处理器之间的可靠通讯，同时各个模块独立安装，便于现场故障排查，准确定位和快速替换维修。
龙芯 2G 处理器用户手册 上册 - 多核处理器架构、寄存器描述与系统软件编程指南说明书
龙芯2G处理器用户手册上册多核处理器架构、寄存器描述与系统软件编程指南2012年3月中国科学院计算技术研究所龙芯中科技术有限公司版权声明本文档版权归北京龙芯中科技术有限公司所有，并保留一切权利。
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龙芯中科技术有限公司Loongson Technology Corporation Limited地址：北京市海淀区中关村科学院南路10号No.10 Kexueyuan South Road, Zhongguancun Haidian District, Beijing电话(Tel)：************传真(Fax)：************阅读指南本手册分为两部分，第一部分（第1章~第10章）介绍龙芯2G多核处理器架构与寄存器描述，对芯片系统架构、主要模块的功能与配置、寄存器列表及位域进行详细说明；第二部分（第11章~第16章）是系统软件编程指南，对BIOS和操作系统开发过程中的常见问题进行专题介绍。
关于龙芯2G多核芯片所集成的GS464高性能处理器核的相关资料，请参阅《龙芯GS464处理器核用户手册》。
IV修订历史目录图目录.......................................................................................................................... I V 表目录 (V)第一部分 (7)1 概述 (1)2 系统配置与控制 (3)2.1 控制引脚说明 (3)2.2 Cache一致性 (4)2.3 系统节点级的物理地址空间分布 (4)2.4 地址路由分布与配置 (6)2.5 芯片配置及采样寄存器 (11)3 GS464处理器核 (13)4 二级Cache (15)5 矩阵转置模块 (17)6 处理器核间中断与通信 (20)7 I/O中断 (22)8 DDR2/3 SDRAM控制器配置 (25)8.1 DDR2/3 SDRAM控制器功能概述 (25)8.2 DDR2/3 SDRAM读操作协议 (26)8.3 DDR2/3 SDRAM写操作协议 (26)8.4 DDR2/3 SDRAM参数配置格式 (27)9 HyperTransport控制器 (73)9.1 HyperTransport硬件设置及初始化 (73)9.2 HyperTransport协议支持 (74)9.3 HyperTransport中断支持 (76)9.4 HyperTransport地址窗口 (76)9.4.1 HyperTransport空间 (76)9.4.2 HyperTransport控制器内部窗口配置 (77)9.5 配置寄存器 (78)9.5.1 Bridge Control (80)9.5.2 Capability Registers (80)9.5.3 自定义寄存器 (82)9.5.4 接收地址窗口配置寄存器 (83)9.5.5 中断向量寄存器 (85)9.5.6 中断使能寄存器 (87)9.5.7 Interrupt Discovery & Configuration (88)9.5.8 POST地址窗口配置寄存器 (89)9.5.9 可预取地址窗口配置寄存器 (90)9.5.10 UNCACHE地址窗口配置寄存器 (91)9.5.11 HyperTransport总线配置空间的访问方法 (92)10 低速IO控制器配置 (94)10.1 LPC控制器 (94)10.2 UART控制器 (96)10.2.1 数据寄存器（DAT） (96)10.2.2 中断使能寄存器（IER） (96)10.2.3 中断标识寄存器（IIR） (97)10.2.4 FIFO控制寄存器（FCR） (98)10.2.5 线路控制寄存器（LCR） (98)10.2.6 MODEM控制寄存器（MCR） (100)10.2.7 线路状态寄存器（LSR） (100)10.2.8 MODEM状态寄存器（MSR） (102)10.2.9 分频锁存器 (102)10.3 SPI控制器 (103)10.3.1 控制寄存器（SPCR） (103)10.3.2 状态寄存器（SPSR） (104)10.3.3 数据寄存器（TxFIFO） (104)10.3.4 外部寄存器（SPER） (104)10.4 IO控制器配置 (106)第二部分 (110)11 中断的配置及使用 (111)11.1 中断的流程 (111)11.2 中断路由及中断使能 (111)11.2.1 中断路由 (112)11.2.2 中断使能 (114)11.3 中断分发 (115)12 串口的配置及使用 (117)12.1 可选择的串口 (117)12.2 PMON的串口配置 (117)12.3 Linux内核的串口配置 (118)13 EJTAG调试 (120)13.1 EJTAG介绍 (120)13.2 EJTAG工具使用 (121)13.2.1 环境准备 (121)13.2.2 PC采样 (121)13.2.3 读写内存 (121)13.2.4 执行说明 (121)14 地址窗口配置转换 (125)14.1 一二级交叉开关地址窗口配置方法 (125)14.2 一级交叉开关地址窗口 (125)14.3 一级交叉开关地址窗口配置时机 (127)14.4 二级交叉开关地址窗口 (127)14.5 对地址窗口配置的特别处理 (128)14.6 HyperTransport地址窗口 (129)14.6.1 处理器核对外访问地址窗口 (130)14.6.2 外部设备对处理器芯片内存DMA访问地址窗口 (131)14.6.3 低速设备地址窗口 (131)14.7 地址空间配置实例分析 (131)14.7.1 一级交叉开关实例1 (132)14.7.2 一级交叉开关实例2 (133)14.7.3 二级交叉开关实例1 (134)14.7.4 二级交叉开关实例2 (135)15 系统内存空间分布设计 (137)15.1 系统内存空间 (137)15.2 系统内存空间与外设DMA空间映射关系 (140)15.3 系统内存空间的其它映射方法 (141)16 X系统的内存分配 (142)龙芯2G处理器用户手册图目录图目录图1-1龙芯2G芯片结构 (1)图3-1 GS464结构图 (14)图7-1龙芯2G处理器中断路由示意图 (22)图8-1 DDR2 SDRAM行列地址与CPU物理地址的转换 (25)图8-2 DDR2 SDRAM读操作协议 (26)图8-3 DDR2 SDRAM写操作协议 (26)图9-1龙芯2号中HT协议的配置访问 (93)图11-1 2G-690e中断流程图 (111)图11-2 龙芯2G处理器中断路由示意图 (112)图13-1 EJTAG调试系统 (120)图16-1显卡处理图像显示的过程 (142)表目录表2-1 控制引脚说明 (3)表2-2 节点级的系统全局地址分布 (4)表2-3 节点内的地址分布 (5)表2-4 节点内的地址分布 (6)表2-5 一级交叉开关地址窗口寄存器表 (6)表2-6 2级XBAR处，标号与所述模块的对应关系 (9)表2-7 MMAP字段对应的该空间访问属性 (9)表2-8二级XBAR地址窗口转换寄存器表 (9)表2-9二级XBAR缺省地址配置 (10)表2-10芯片配置寄存器（物理地址0x1fe00180） (11)表2-11 芯片采样寄存器（物理地址0x1fe00190） (11)表4-1 二级Cache锁窗口寄存器配置 (15)表5-1 矩阵转置编程接口说明 (17)表5-2 矩阵转置寄存器地址说明 (18)表5-3 trans_ctrl寄存器的各位解释 (18)表5-4 trans_status寄存器的各位解释： (19)表6-1处理器核间中断相关的寄存器及其功能描述 (20)表6-2 0号处理器核核间中断与通信寄存器列表 (20)表6-3 1号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (20)表6-4 2号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (21)表6-5 3号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (21)表7-1中断控制寄存器 (23)表7-2 IO控制寄存器地址 (23)表7-3中断路由寄存器的说明 (23)表7-4中断路由寄存器地址 (24)表8-1 DDR2 SDRAM配置参数寄存器格式 (27)表9-1 H yperTransport总线相关引脚信号 (73)表9-2 HyperTransport接收端可接收的命令 (75)表9-3 两种模式下会向外发送的命令 (75)表9-4 默认的HyperTransport地址窗口的地址 (76)表9-5 龙芯2G处理器HyperTransport接口地址窗口分布 (77)表9-6龙芯2号处理器HyperTransport接口中提供的地址窗口 (77)表9-7本模块中所有软件可见寄存器 (78)表10-1 LPC控制器地址空间分布 (94)表10-2 LPC配置寄存器含义 (95)表10-3 IO控制寄存器 (106)表10-4寄存器详细描述 (107)表11-1中断路由寄存器的说明 (112)表11-2中断路由寄存器地址 (113)表11-3中断控制位连接及属性配置 (114)表14-1 【请给出表头】 (126)表14-2 【请补充表头】 (127)第一部分多核处理器架构、寄存器描述1概述龙芯2G是一个3-4核的处理器，采用65nm工艺制造，最高工作频率为1GHz，主要技术特征如下：•片内集成3-4个64位的四发射超标量GS464高性能处理器核；•片内集成4 MB的分体共享二级Cache(由4个体模块组成，每个体模块容量为1MB) ；•通过目录协议维护多核及I/O DMA访问的Cache一致性；•片内集成2个64位400MHz的DDR2/3控制器；•片内集成1个16位800MHz的HyperTransport控制器；•片内集成1个LPC、2个UART、1个SPI、16路GPIO接口；龙芯2G芯片整体架构基于两级互连实现，结构如图1-1所示。
龙芯 1x 嵌入式集成开发环境 1.0 使用说明书
龙芯1x嵌入式集成开发环境 1.0使用说明书苏州市天晟软件科技有限公司2021年4月目 录1、简介 (5)1.1 主要特点 (6)1.2 目录结构 (6)1.3 文档约定 (7)1.3.1 文件扩展名 (7)1.3.2 指定文件名 (7)1.3.3 头文件 (7)1.4 项目开发过程 (7)2、初次使用 (8)2.1 语言设置 (8)2.2 工作区目录 (9)2.3 GNU 工具链 (9)3、用户界面 (12)3.1 菜单栏 (12)3.2 工具栏 (14)3.3 编辑面板 (14)3.3.1项目视图 (15)3.3.2 代码解析 (17)3.3.3 文本编辑器 (18)3.3.4 消息窗口 (19)3.4 调试面板 (20)3.4.1 断点列表 (21)3.4.2 CPU 寄存器 (21)3.4.3 观察值 (22)3.4.4 汇编代码 (22)3.4.5 函数调用回溯 (22)3.4.6 GDB 交互命令 (22)3.5 状态栏 (23)4、项目管理 (24)4.1 新建项目向导 (24)4.1.1 第一步项目基本信息 (24)4.1.2 第二步设置Mcu、工具链和操作系统 (25)4.1.3 第三步实时操作系统选项 (26)4.1.4 第四步确认并完成向导 (29)4.1.5 新建项目示例 (30)4.2 基本操作 (30)4.2.1 打开项目 (30)4.2.2 保存项目 (31)4.2.3 关闭项目 (31)4.2.4 项目另存为 (31)4.2.5 成批添加文件 (32)4.2.6 成批移除文件 (33)4.3 项目属性 (34)5、文档管理 (37)5.1 文件操作 (37)5.1.1 新建源代码文件 (37)5.1.2 新建头文件 (37)5.1.3 文件重命名 (38)5.1.4 文件移动 (38)5.1.5 文件删除 (39)5.2 文件夹操作 (39)5.2.1 新建文件夹 (39)5.2.2 重命名文件夹 (39)5.2.3 移动文件夹 (40)5.2.4 删除文件夹 (40)5.3 Drag & Drop (40)6、文本编辑器 (41)6.1 编辑器选项 (41)6.1.1 常用 (41)6.1.2 字体 (42)6.1.3 颜色 (42)6.1.4 代码解析 (43)6.1.5 符号补全 (43)6.1.6 自动保存 (44)6.2 基本操作 (44)6.2.1 编辑 (44)6.2.2 查找 (44)6.2.3 替换 (45)6.2.4 在文件中查找 (46)6.3 其它操作 (47)6.3.1 打开头文件/文件夹 (47)6.3.2 定位语句定义原型 (47)6.3.3 代码解析项跳转 (48)6.4 插入代码向导 (49)6.4.1 插入RTOS 任务代码 (49)6.4.2 插入SPI/I2C驱动代码 (50)6.5 信息提示 (52)7、项目编译 (53)7.1 编译选项 (53)7.1.1 MIPS & BSP Options (54)7.1.2 GNU C Compiler - C 编译器 (54)7.1.3 GNU Assembler - 汇编语言编译器 (58)7.1.4 GNU C++ Compiler - C++ 编译器 (58)7.1.5 GNU C Linker - C 链接器 (58)7.1.6 软浮点算术库 (60)7.2 开始编译 (61)7.2.1 编译成功 (61)7.2.2 编译失败 (62)7.3 项目清理 (62)8、项目调试 (63)8.1 调试选项 (63)8.1.1 主要项 (63)8.1.2 调试器 (64)8.1.3 启动项 (65)8.1.4 源代码 (66)8.2 调试断点 (66)8.2.1 在编辑器中设置断点 (66)8.2.2 断点列表 (67)8.3 开始调试 (67)8.3.1 代码下载 (67)8.3.2 单步运行 (68)8.3.3 连续运行 (69)8.3.4 停止调试 (69)8.3.5 观察值 (69)8.3.6 函数调用回溯 (70)9、实用工具 (71)9.1 NOR Flash 编程 (71)9.2 NAND Flash 编程 (72)9.3 硬件设计助手 (73)9.3.1 龙芯 1B 芯片 (74)9.3.2 龙芯 1C 芯片 (75)10、系统安装 (76)10.1 运行环境 (76)10.1.1 安装MSYS 1.0 (76)10.1.2 安装MSYS2 (76)10.2 安装LoongIDE (76)10.2.1 运行安装向导 (77)10.2.2 LxLink驱动 (77)10.3 GNU 工具链 (78)10.3.1 SDE Lite for MIPS工具链 (78)10.3.2 RTEMS GCC for MIPS工具链 (78)10.4 注意事项 (78)1、简介缩写LS1x DTK：Embedded DTK for LS1x 龙芯1x嵌入式开发工具LoongIDE： Embedded IDE for LS1x 龙芯1x嵌入式集成开发环境LS1x DTK用于龙芯1x芯片的嵌入式开发解决方案，包括创建、构建以及调试用户应用项目，完美支持龙芯1x芯片的工业级应用的开发。
840D数控系统NCU实现PLC主从通讯
注意： ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ 和ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ 都 要配 置 ， 既然 是通讯 ， 有 发 送 就 要 有 接 ８ ４ ０ Ｄ系统作为 西门子的高端数控 系统 ， 功能 强大 ， 系统开放性 受。 强， 通过 不断 的深入研 究和试验可 以开发更多的应用功能 ， 不但 可 配置完毕 。 这时候无 法编译从站 ， 因为没有配置主站 ， 等配置完 以优化设计 ， 还可 以简化机床程序 的编写 ， 实现更完善 的机床控制。 主站 后 在 编 译 从 站 即可 。 参 考 文 献 １ ． ３主 站 配 置 ［ １ ］ Ｓ Ｉ Ｎ Ｕ ＭＥ Ｒ Ｉ Ｋ ８ ４ ０ Ｄ Ｂ ａ ｓ ｉ ｃ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 如图 １ ， 将 Ｃ Ｐ Ｕ ３ ｌ ｘ加 到 ｐ ｒ ｏ ｉ ｆ ｂ ｕ ｓ 总线 上 。 Ｓ Ｉ ＥＭＥＮＳ ． 双击新添加 的“ 从站” ， 进 入从 站的参数界 面。如图 １ ， 在没有单 【 Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｓ ７— ３ ０ ０ ａ ｎ ｄ Ｓ ７一 ２ ］ Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７ 一Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ
击“ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ” 时， 会显示从站 Ｐ Ｌ Ｃ的信息 ， 单击“ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ” ， 从站信息消 ４ ０ ０
Ｓ Ｉ ＥＭＥ ＮＳ ．
失， 表示两个 Ｐ Ｌ Ｃ建 议 连 接 。 ［ ３ ］ Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７ 配 置 主站 通 讯 用 的 Ｉ ／ Ｏ。 主站 的“ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ” 一 定 要 与从 站 的 “ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ” Ｓ Ｉ ＥＭＥＮＳ． 相对应 。 １ ． ４载 入 主 站 的 “ ｈ ｒｄ ａ ｗ ａ ｒ ｅ ” 将 主站 的“ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ｒｅ ａ ” 载入 Ｎ Ｃ Ｕ后 ， Ｎ Ｃ Ｕ的“ Ｐ Ｓ ” 和“ Ｐ Ｆ ” 报警 ， 操 作 面板也会显示 有报警 。 这 时在 “ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ” 目录下建立 Ｏ Ｂ ８ ２和 Ｏ Ｂ ８ ６ ， 并载入 Ｎ Ｃ Ｕ即可。 或者 ，再 载入之 前 ，就 直接在 “ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ” 目录下建立 Ｏ Ｂ ８ ２和 Ｏ Ｂ ８ ６ ， 并 载人 Ｎ Ｃ Ｕ即可 。 １ ． ５载人从站 的“ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ”
龙芯CPU开发系统固件与内核接口规范
负 面 影 响和 维 护开 发成 本 。据悉 此 规 范 自 ２ ０ １ ０年 底 就开 始酝 酿 ， 由龙 芯 中科 、 昆仑 固件 、 中科 梦 兰 、 中
义 固件 和 内核 之 间的接 口。同时我 们看 到 国 际上针
对 同件 设计 也有 不 同规 范或 标准 ， 比如 南 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ 倡导 的Ｕ Ｅ Ｆ １ 规范 ， 由Ｉ Ｂ Ｍ的 Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｐ Ｃ上 使用 的 Ｆ Ｄ Ｔ标
是 每种 机器都 需要 制作一 个安 装 系统 ，应用 软 件厂
商 和用 户需要 可单 独升级 固件 和 内核 ，而不 是 必须 同时升 级 。 随着龙 芯芯 片和 板卡种 类不 断增 多 ， 这种 矛 盾表 现的 日益突 ，亟 需要 一个 统一 的规 范 来定
级过程 中的兼容性 ，大大提高了龙芯各类硬件产品
龙芯 ＣＰ Ｕ开发系统固件与内核接口规范
龙 芯 中科 供 稿
近 日， “ 龙芯 Ｃ Ｐ Ｕ开发 系 统 固件 与 内核 接 口规 范” 正 式 作 为企 业 规 范 发布 了 ， 龙 芯在 产 业 化 进 程 中又迈 出标 志性 的一步 。这 个规 范能保 证龙 芯 ２号 个 人 电脑 系列和 ３号 服务器 系列产 品在 今后 系统 升
ｈ） 固件 负 责 完 成桥 片 上 的 Ｐ Ｃ Ｉ ／ Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ设 备 和插
Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ ，规 范 约 定 Ｏ ｘ Ｏ ０ ０ ０ — ０ ０ ０ ０～
Ｏ ｘ ＯＦ ＦＦ
＿ ＿
Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ的低 ２ ５ ６ Ｍ Ｂ空间为内存空间 ，其 中
—
槽的中断号 申请和路 由，操作系统内核完成中断号
基于龙芯1C的NTP时间服务器设计与实现
[9-11]
。
NTP 校时是通过 NTP 报文在客户端与服务端之
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接收处理模块实现授时时统 UTC 的时间溯源，并进
控制器。主控制器模块以龙芯 1C300B 处理器为核
心，存储单元包含 SDRAM、NAND Flash、SD 卡等；网
籍明慧，
等
基于龙芯 1C 的 NTP 时间服务器设计与实现
摘要：信息处理网络化和工业控制自动化的快速发展，对同一网络系统下设备的时间同步提出了
更高的要求。提出了基于北斗卫星导航系统（BDS）与 NTP 的软硬件混合时间同步设计方案，介绍
了其相关原理，并且进行了软硬件的实现。主控板处理器采用国产处理器龙芯 1C300B，搭配嵌入
式 Linux 系统部署 NTP 服务，核心芯片采用国产芯片，整个软硬件设计契合自主国产化思想。经测
精 度 已 经 达 到 了 毫 秒 级 ，且 在 实 际 部 署 上 较 为 简
单。李培基等 [4] 对 NTP、PTP(Precise Time Protocol)及
作者简介：籍明慧（1997—），男，山西忻州人，硕士研究生。研究方向：主板设计。
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《电子设计工程》2021 年第 7 期
的计算能力 [15]。
系统总体由北斗时间接收处理模块、处理器模
模 式 ，客 户 端 借 助 NTP 协 议 从 服 务 器 获 取 准 确 的
块、电源模块以及显示模块等部分组成。北斗时间
端双向信息传输持续跟踪时间变化并自动进行
行处理之后通过串口将精确的时钟信息传送给主
时 间 ，在 校 时 的 同 时 ，NTP 能 够 通 过 主 机 与 客 户
作性和灵活性。
其中，T/RXCLK、T/RXD[0:3]引脚分别实现发送/
ReWorks的POWERLINK主站设计与解决方案
R e W o r k s 的P OW E R L I N K主站设计与解决方案*黄河,杜坚,任见,钱晨,方国好(上海华元创信软件有限公司,上海200062)*基金项目:国家科技重大专项(2017Z X 010********);上海市软件和集成电路产业发展专项(190241)㊂㊂摘要:本文基于国产嵌入式实时操作系统锐华(R e W o r k s )设计并实现了P OW E R L I N K 实时以太网主站解决方案,并在龙芯2K 1000平台的网关控制器上进行应用,支持P OW E R L I N K 组网实时通信和双网冗余㊂基于R e W o r k s 的P OW -E R L I N K 主站控制器具有高可靠性㊁高实时性且方便开发调试等特性,可满足高安全实时控制与通信的工业控制㊁轨道交通㊁机器人运动控制等领域需求㊂测试结果表明,可满足安全工业互联网对实时稳定㊁自主可控㊁安全可靠的较高要求㊂关键词:嵌入式实时系统;实时以太网;P OW E R L I N K ;双网冗余;锐华中图分类号:T P 393 文献标识码:AD e s i gn a n d S o l u t i o n o f P O W E R L N K M a s t e r B a s e d o n R e W o r k s H u a n g H e ,D u J i a n ,R e n J i a n ,Q i a n C h e n ,F a n g Gu o h a o (S h a n g h a i H u a y u a n C h u a n g x i n S o f t w a r e C o .,L t d .,S h a n gh a i 200062,C h i n a )A b s t r a c t :B a s e d o n t h e d o m e s t i c e m b e d d e d r e a l -t i m e o p e r a t i n g s y s t e m r e w o r k s ,t h i s p a p e r d e s i g n s a n d i m pl e m e n t s t h e s o l u t i o n o f r e a l -t i m e E t h e r n e t m a s t e r s t a t i o n o f P OW E R L I N K ,w h i c h i s a p p l i e d o n t h e g a t e w a y c o n t r o l l e r o f L o o n g s o n 2K 1000p l a t f o r m.I t s u p po r t s r e -a l -t i m e c o mm u n i c a t i o n a n d d u a l n e t w o r k r e d u n d a n c y o f P OW E R L I N K n e t w o r k .P OW E R L I N K m a s t e r s t a t i o n c o n t r o l l e r b a s e d o n r e -w o r k s h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h r e l i a b i l i t y ,h i g h r e a l -t i m e a n d c o n v e n i e n t d e v e l o p m e n t a n d d e b u g g i n g ,w h i c h c a n m e e t t h e r e qu i r e -m e n t s o f i n d u s t r i a l c o n t r o l ,r a i l t r a n s i t ,r o b o t m o t i o n c o n t r o l a n d o t h e r f i e l d s o f h i g h s a f e t y an d r e a l -t i m e c o n t r o l a n d c o mm u n i c a t i o n .K e yw o r d s :e m b e d d e d r e a l -t i m e s y s t e m ;r e a l t i m e e t h e r n e t ;P OW E R L I N K ;d u a l n e t w o r k r e d u n d a n c y ;R e W o r k s 0 引 言随着工业4.0时代高速㊁高精度㊁分布式的自动化控制系统的发展,传统现场总线技术的通信周期和吞吐量已无法满足高速㊁高实时㊁大数据量传输的工业控制需求㊂标准以太网使用带碰撞检测的载波监听多路访问协议(C S MA /C D )引起网络传输的不确定性[1],无法满足高安全装备领域实时性和确定性的要求[2-3]㊂P OW E R L I N K实时以太网[4-5]基于标准以太网硬件,在数据链路层以上自定义数据报文调度模块,采用时间槽网络通信管理协议的数据链路层,支持菊花型㊁星型㊁树型物理拓扑结构,满足复杂应用系统要求㊂在媒体访问层采用高精度时间戳,增强全局时钟同步的能力㊂在应用层采用C A N o pe n 协议作为网络配置和实时数据的接口,符合工业易用性[6]㊂通过网络状态机实现对网络设备和状态的统一管理㊂鉴于P OW E R L I N K 安全可靠的实时以太网通信功能和锐华嵌入式实时操作系统(R e W o r k s)的国产化广泛应用[7],本文采用F P G A 硬核方案,基于R e W o r k s 对P OW -E R L I N K 协议栈进行适配集成㊂在龙芯2K 1000国产硬件平台[8]上实现了P OW E R L I N K 实时以太网双网冗余主站,并提供更符合工控应用开发㊁调试的工控运行时软件㊂R e W o r k s 是华东计算技术研究所自主研制的国产高性能㊁可裁剪的嵌入式实时操作系统[9-10]㊂产品通过了工业和信息化部赛宝软件测评中心㊁信息产业部华东工程软件测评中心以及总装备部测评机构的第三方软件测试,支持P o w e r P C ㊁X 86㊁A R M ㊁龙芯㊁飞腾㊁C s k y 等主流处理器架构,目前广泛应用于国防电子㊁工业控制以及轨道交通领域㊂1 P O W E R L I N K 实时以太网主站设计1.1 P O W R E L I N K 实时以太网主站开发系统P OW E R L I N K 实时以太网主站开发系统采用国产冗余实时以太网主站控制器硬件平台,基于锐华嵌入式实时操作系统,装载华元创信工业控制器运行时环境软件,配套华元创信工业控制应用软件集成开发环境A u t o X ,可面向自动化控制㊁机器人和C N C 系统等工业领域应用㊂主站硬件平台采用龙芯2K 1000处理器,可支持多种工业现场总线协议和实时以太网㊂P OW E R L I N K 实时以太网双网冗余主站开发系统总体架构如图1所示㊂图1 R e W o r k s实时以太网主站开发系统架构图图2 基于R e W o r k s 的P O W E R L I N K 双网冗余主站示意图华元创信工业控制器运行时环境软件基于锐华嵌入式实时操作系统的实时内核㊁R M S 定时器㊁C L B 协同总线㊁动态加卸载等基础服务,集成P OW E R L I N K 应用层C A N o pe n 协议栈,对外提供周期任务管理㊁变量运行时监控㊁远程变量映射和故障管理服务㊂华元创信工业控制应用软件集成开发环境A u t o X 主要面向工业应用开发,通过与运行时软件通信可以提供下装㊁任务与变量管理和运行时调试等功能㊂1.2 P O W R E L I N K 实时以太网主站架构基于R e W o r k s 的P OW E R L I N K 双网冗余主站实时网络通信协议包括物理层㊁数据链路层和应用层㊂物理层由两个符合I E E E 802.3标准以太网的P H Y 控制器和R J 45连接器构成㊂数据链路层主要通过F P G A 实现,包含冗余网络多路数据选择器㊁以太网MA C 控制器㊁数据缓存区㊁P OW E R L I N K 状态机和控制寄存器㊂缓存区分为同步数据缓存区和异步数据缓存区;P OW E R L I N K 状态机由D L L 数据链路层状态机㊁寄存器命令解析㊁事件缓存队列㊁接收数据帧解析和NM T 主站网络管理状态机构成;寄存器包括P OW E R L I N K 协议栈状态机控制寄存器组㊁数据包统计寄存器组和发送接收控制寄存器组㊂应用层包括在R e W o r k s 操作系统中实现的C A N o p e n 协议栈和工控运行时软件,其中,C A N o p e n 协议栈主要由对象字典㊁P D O 通信㊁S D O 通信和NM T 状态机管理构成,工控运行时软件提供变量监控/记录/强制㊁网络日志服务㊁双缓冲远程变量映射和周期/非周期/同步任务等服务㊂基于R e W o r k s 的P OW E R L I N K 双网冗余主站示意图如图2所示㊂主站运行时软件通过周期任务管理实现过程控制,中断同步任务与P OW E R L I N K 网络通信中断同步可以处理P OW E R L I N K 周期内的数据㊂用户自定义的输入输出变量通过双缓冲远程变量映射,在每个应用运算周期将数值同步到远程I /O 地址㊂为方便用户调试周期任务中快速动态变化的变量,提供运行时变量监控㊁变量追踪和变量强制功能㊂主站控制器运行过程中的异常故障信息将通过网络日志服务上传给上位机㊂C A N o pe n 协议栈初始化时需要通过解析C D C 配置文件对从站组网进行配置,包括NM T 状态机管理和服务数据对象S D O ㊂变量映射的数据都是C A N o p e n 协议栈中对象字典里的过程数据对象P D O ㊂P OW E R L I N K 协议栈的状态机控制寄存器组用于C P U 控制网络管理状态机的转换,数据包寄存器组统计主站当前接收到的各种类型数据帧的个数,发送接收控制寄存器组用于C P U 获取当前接收数据帧状态,控制同步及非同步数据的发送㊂事件缓存队列存放D L L 状态机切换事件㊁接收网络数据帧通信事件和由寄存器组传来的控制命令事件,NM T 网络管理状态机从事件缓存队列中取出事件进行处理,完成状态跳转㊂同步数据缓存区用于保存C P U 需要发送的同步数据及主站接收到的同步数据;异步数据缓存区用于保存C P U 需要发送的异步数据及主站接收到的异步数据㊂HU B /多路数据选择器同时将数据帧分发到两个网口P H Y 进行发送㊂接收数据时,通用主站的HU B 将数据帧分别转发到以太网MA C 控制器和另一个网口P H Y ,双网冗余主站的多路数据选择器将选择其中一路有效数据帧转发给以太网MA C 控制器㊂1.3 冗余实时以太网协议(1)P O W E R L I N K 实时以太网通信P OW E R L I N K 采用主从控制方式,指定一个具有网络管理功能的主站管理节点(节点号240),其他节点称为从站受控节点(节点号为1~239)㊂数据链路层采用时间槽网络通信管理协议将通信周期划分为不同的时间段,并且把这些专用时间段分配给异步数据和等时同步数据信道㊂网络的通信周期可以划分为三个阶段:等时同步阶段㊁异步阶段和空闲阶段㊂等时同步阶段用来传输周期性的实时数据,从管理节点以广播方式向受控节点发送周期起始报文(S o C )开始,到异步起始报文(S o A )准备发送截止,主要用于启动新周期和同步各个受控节点的时间,以周期的方式交换数据,为确保周期时间的一致性,由主站进行实时监控,实时以太网周期通信图如图3所示㊂图3 实时以太网通信周期图时间槽网络通信管理协议提供请求/应答模式(P r e q/P r e s 模式)进行等时同步数据通信㊂首先需要在主站中配置等时同步的受控节点,以及每个等时同步受控节点要发送和接收的周期性数据㊂管理节点发布同步帧同步所有受控节点,各个受控节点收到S o C 同步帧后进入数据通信等待状态㊂在进入等时同步阶段后,管理节点单播发送轮询请求(P r e q )数据帧,根据配置窗口中相应的从节点接收数据帧,从节点以广播形式上报一个轮询响应(P r e s)数据帧,完成一次数据通信,而其他从节点不响应这个P r e s 数据帧㊂以此类推,管理节点将所有的从节点扫描一次,即完成一个等时同步阶段㊂异步阶段是在等时同步阶段完成后,由管理节点向受控节点广播异步起始报文(S o A )触发开始,用来发送非周期且实时性要求不高的数据㊂P OW E R L I N K 实时以太网报文类型如表1所列㊂表1 P O W E R L I N K 实时以太网报文类型表报文类型标识I D 说明周期起始S o C主站发出同步通信开始广播数据轮询请求P R e q 主站发出的同步请求单播数据轮询响应P R e s 从站发出的同步响应广播数据异步开始S o A 主站发出异步通信开始广播数据异步发送A S n d 主站和从站发送的异步广播数据P OW E R L I N K 协议的数据链路层和多路选择器通过F PG A 实现㊂协议栈设置硬件定时器的时间间隔,周期触发中断通知协议栈开始通信周期㊂P OW E R L I N K 双网冗余协议栈在R e W o r k s 系统中主要包含对象字典与C D C文件解析㊁S D O 服务数据对象通信㊁P D O 过程数据通信和双网冗余多路数据选择器㊂(2)对象字典与C D C 文件解析C A N o pe n 协议对象字典是P OW E R L I N K 协议栈和用户交互的主要方式㊂P OW E R L I N K 协议栈将从网络上接收的数据放入对象字典,将用户应用层需要输出的数据从对象字典中取出并发送到网络㊂对象主要包括通信对象和设备对象,其中通信对象是设备与应用之间统一的访问方式,设备对象则是根据具体不同的设备协议定义不同的对象㊂对象字典是由主对象索引表和子索引表构成㊂主对象索引表提供快速定位,子对象索引表提供具体对象的定义㊂对象字典主索引数据结构如下:t y pe d ef s t r u c t { U I N T i n d e x;/*对象索引标识*/ t O b d S u b E n t r yP t r p S u b I n d e x ;/*对象子索引区域*/ U I N T c o u n t;/*子索引数量*/t O b d C a l l b a c k p f n C a l l b a c k;/*对象访问回调函数*/}t O b d E n t r y;对象字典子索引数据结构如下:t y pe d ef s t r u c t { U I N T s u b I n d e x;/*对象子索引标识*/t O b d T y p e t y pe ;/*对象数据类型*/t O b d A c c e s s a c c e s s;/*对象访问类型*/ C O N S T v o i d R OM*p D e f a u l t ;/*默认数据区域*/ v o i d M E M*p C u r r e n t;/*内存数据区域*/}t O b d S u b E n t r y;对象字典初始化参数数据结构如下:s t r u c t _t O b d I n i t P a r a m {t O b d E n t r y P t r p G e n e r i c P a r t ;/*对象字典通用区域*/ U I N T 32n u m G e n e r i c;/*通用区域对象条目数量*/t O b d E n t r yP t r p M a n u f a c t u r e r P a r t ;/*制造商自定义区域*/U I N T 32n u mM a n u f a c t u r e r; /*自定义区域对象条目数量*/ t O b d E n t r yP t r p D e v i c e P a r t ;/*对象字典设备区域*/ U I N T 32n u m D e v i c e;/*设备区域对象条目数量*/};通过解析上位机生成的网络C D C 配置文件来配置网络拓扑㊁主站的通信参数㊁各从站的通信和映射及循环周期等参数,完成应用层用户变量和对象字典中对象的链接㊂从站配置参数主要包括从站节点个数㊁各节点配置的P D O 个数以及P D O 的映射参数㊁从站节点中当前应用变量与过程镜像的绑定等信息㊂(3)S D O 服务数据对象通信C A N o pe n 协议的S D O 服务数据对象通信用于P OW E R L I N K 主站和从站进行异步数据通信,使用P OW E R L I N K 模式通信中的非周期通信过程完成㊂S D O 模块负责访问受控节点的对象字典,需要非周期性传输㊁实时性要求不高的数据,S D O 通过异步阶段A S n d 通信方式传输配置㊂S D O 通信主要发生在预运行通信状态中,S D O 服务数据对象通信流程如图4所示㊂图4 S D O服务数据对象通信流程图图5 P D O 过程数据对象通信流程图(4)P D O 过程数据对象通信C A N o pe n 协议的P D O 过程数据对象通信负责管理组装和分派过程通信数据到链路层,传输需要周期性㊁实时传输的数据㊂在每个通信周期内,循环驱动会通知数据链路层提供数据,需要P D O 模块进行过程数据组装㊂数据交换完成后,从受控节点返回的数据则是由P D O 模块进行映射和分发㊂P D O 过程数据对象通信流程如图5所示㊂(5)双网冗余多路数据选择器冗余网络拓扑结构符合高安全领域对通信可靠性的要求㊂基于R e W o r k s 的P OW E R L I N K 双网冗余主站,采用数据选择器收发冗余网络数据,数据发送时,选择器自动复制数据帧在两个网络中同时发送;接收数据时,选择器通过分析网络报文的时间戳㊁数据缓存㊁网络状态,根据策略选择正确的报文,保证数据帧的正确性,数据选择器工作示意图如图6所示㊂图6 数据选择器工作示意图2 P O W E R L I N K 主站功能验证2.1 测试环境搭建本文设计的基于锐华(R e W o r k s)嵌入式实时操作系统的P OW E R L I N K 主站方案已应用于华元锐华工业网关控制器,硬件配置如表2所列,实物如图7所示㊂表2 华元锐华工业网关控制器硬件参数表项 目说 明C P U 龙芯2K 1000内存2G B以太网2路100M /1000M存储32G B 电子盘,支持D O S F S 文件系统串口1路R S 232调试串口1路R S 422/485串口,支持M o d B u s R T UP OW E R L I N K 2路P OW E R L I N K 网口,支持双网冗余E t h e r C A T 1路E t h e r C A T 网口,支持主站C A N 1路,符合C A N 2.0B ,支持C A N o p e n D I O 8路D I 隔离,输入电压24V8路D O 隔离,输出电压5V ,100m A显示V G A 1600ˑ1200高分辨率,支持Q T 5.5U S B2路U S B 2.0H O S T为验证华元锐华工业网关控制器P OW E R L I N K 主站组网通信与开发调试等综合功能,并体现高安全领域的有效性,给出典型双网冗余参考设计㊂采用基于R e W o r k s图7 基于R e W o r k s 的P O W E R L I N K 主站控制器实物图的P OW E R L I N K 主站控制器,通过两个专用HU B 组网,分别连接M C U 冗余从站㊁i M X 6冗余从站㊁I /O 和伺服控制器等,搭建安全关键领域冗余架构的参考设计及其测试环境,形成P OW E R L I N K 双网冗余运动控制系统㊂2.2 功能测试(1)P O W E R L I N K 网络初始化P OW E R L I N K 网络通信分为初始化状态和周期同步通信状态㊂P OW E R L I N K 网络通信初始化可以通过W i r e -s h a r k 抓包工具,查看分析网络报文㊂根据P OW E R L I N K协议标准,在网络初始化过程中可以看到以下过程:①主站发送异步广播指令S o A ,请求将网络上的从站状态切换到P R E _O P E R A T I O N A L _1状态,A S n d 获取网络上的从站信息,W i r e s h a r k 抓包如图8所示㊂图8 主站广播请求从站切换P r e O P 1状态W i r e s h a r k 抓包截图②从站接收到主站的广播指令,将状态切换到P R E _O P E R A T I O N A L _1后,向网络上广播从站信息㊂截图如图9所示㊂图9 从站2广播切换到P r e O P 1状态后W i r e s h a r k 抓包截图③主站接收到从站信息后,根据配置向指定节点发送S D O 数据配置从站,W i r e s h a r k 抓包如图10所示㊂图10 主站向从站2发送S D O 配置报文W i r e s h a r k 抓包截图④从站接收到配置数据,完成配置,从站状态切换到P R E _O P E R A T I O N A L _2,并向网络上广播从站状态数据,W i r e s h a r k 抓包如图11所示㊂⑤主站开始广播周期起始同步通信命令S o C ,并在异步通信阶段,发送广播数据请求从站切换到O P E R A -T I O N 状态,W i r e s h a r k 抓包如图12所示㊂图11 从站2广播切换到P r e O P 2状态W i r e s h a r k抓包截图图12 主站广播请求从站切换O P 状态W i r e s h a r k 抓包截图⑥从站接收到命令,完成O P 状态切换并发送P r e s 广播状态,W i r e s h a r k 抓包如图13所示㊂图13 从站2广播切换O P 状态W i r e s h a r k 抓包截图(2)P O W E R L I N K 网络周期同步通信P OW E R L I N K 网络初始化完成后进入同步通信状态㊂网络周期同步通信分为等时同步阶段㊁异步阶段和空闲阶段,同步阶段以主站发送S o C 广播指令开始,异步阶段以主站发送S o A 指令开始,通过K U N B U S 网络分析仪同时抓取两个网络的通信报文,P OW E R L I N K 网络周期同步通信W i r e s h a r k 抓包如图14所示㊂图14 P O W E R L I N K 周期同步通信W i r e s h a r k 抓包截图双网冗余的相同帧在两个网络中能同步抓到,从一组S o C 到下一组S o C 为完整的一个网络通信周期,从W i r e -s h a r k 抓包数据可以看出,等时同步阶段:从主站发送S o C 广播指令开始,主站依次发送P r e q 单播指令数据到从站,从站响应发送P r e s 广播指令㊂异步阶段:主站发送A S n d 广播指令数据,无应用请求㊂由图14可知,基于R e W o r k s的P OW E R L I N K 主站带8个从站组网通信周期最短可达到600μs㊂(3)双网冗余切换P OW E R L I N K 主站控制器正常启动后,可以看到图14中P OW E R L I N K 周期同步通信W i r e s h a r k 抓包截图中存在两条同时到达的相同的数据包㊂拔掉一根与HU B 与K U N B U S 网络分析仪之间的网线,通过W i r e s h a r k 抓包查看存在一个网络中的单条数据包交互,并且在1m s 的通信周期内完成了网络切换,说明P OW E R L I N K 网络仍然在正常通信㊂P OW E R L I N K 双网冗余切换W i r e -s h a r k 抓包截图如图15所示㊂图15 P O W E R L I N K 双网冗余切换W i r e s h a r k 抓包截图3 结 语本文设计实现了一种基于国产锐华(R e W o r k s)嵌入式实时操作系统的P OW E R L I N K 双网冗余实时以太网主站方案,并在国产龙芯2K 1000网关控制器上进行功能验证测试㊂测试结果表明,该主站方案及网关控制器具有高可靠性㊁高实时性且方便开发调试等特性,为高安全实时控制与通信的工业控制㊁轨道交通㊁机器人运动控制等领域提供基础平台㊂下一步可结合边缘计算与人工智能等技术对实时以太网数据进行分析整合,为 新基建 智能制造提供有力支撑㊂参考文献[1]代飞,吴金勇.基于V x W o r k s 操作系统的P OW E R L I N K 研究与实现[J ].机车电传动,2016(1):6770.[2]林志祥,张天宏.A RM 的嵌入式以太网通信分析与实时性改进[J ].单片机与嵌入式系统应用,2018,18(3):2328.[3]伍一帆,石旭刚,黄秀珍,等.解决以太网协议实时性的几种方案[J ].单片机与嵌入式系统应用,2008(10):811.[4]崔惠珊.基于P o w e r L i n k 的计算机联锁系统执行层设计[J ].铁道通信信号,2020,56(10):710.[5]赵赛,张凯龙.工业实时以太网E t h e r n e t P OW E R L I N K 机制研究[J ].自动化仪表,2020,41(6):5256.[6]E t h e r n e t P OW E R L I N K C o mm u n i c a t i o n P r o f i l e S pe c if i c a t i o n -V e r s i o n l .10.E P S G D r a f t S t a n d a r d 301,2008.[7]何小庆.国产嵌入式操作系统发展思考[J ].单片机与嵌入式系统应用,2019,19(12):45,10.[8]徐意泊,陈富浩,丁振华,等.基于国产龙芯2K 1000龙芯派的内核系统启动[J ].现代信息科技,2018,2(12):2934.[9]王帅,杜刚,杨超.国产平台的机载嵌入式软件仿真验证技术[J ].单片机与嵌入式系统应用,2020,20(2):57,11.[10]王帅,杜刚,陈琪.国产化操作系统R e w o r k s 的嵌入式网关软件设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2017,17(3):1822.黄河(工程师),主要研究方向为嵌入式系统㊁工业控制㊁机器人;杜坚(工程师),主要研究方向为工业控制;任见㊁方国好(助理工程师),钱晨(高级工程师):主要研究方向为嵌入式系统设计㊂通信作者:黄河,ye l l o w r i v e r @n t e s e c .c o m.c n ㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2021-02-25)表1 进程㊁容器㊁虚拟机之间比较特性进程容器虚拟机空间隔离支持,一级MMU 支持,一级MMU支持,两级MMU进程隔离不支持支持支持文件/网络隔离不支持支持支持操作系统共享O S 共享O S独立O S 虚拟程度轻型轻型重型性能好接近宿主机本地进程弱于宿主机容器镜像小,启动速度快,部署便捷,相比虚拟机更适用于嵌入式系统㊂但是由于容器共享操作系统内核,因此安全隔离性不如虚拟机,而且稳定性还处于发展中,更新频繁㊂在强调实时性㊁安全可靠性的嵌入式系统中,需要深入研究容器实时性能及安全技术㊂参考文献[1]汪恺,张功萱,周秀敏.基于容器虚拟化技术研究[J ].计算机技术与发展,2015,25(8):138141.[2]吴松,王坤,金海.操作系统虚拟化的研究现状与展望[J ].计算机研究与发展,2019,56(1):5868.[3]张礼庆,郭栋,吴绍岭,等,一种最大化内存共享与最小化运行时环境的超轻量级容器[J ].计算机研究与发展,2019,56(7):15451555.[4]谷德贺,顾乃杰,刘博文,等.基于L X C 的A n d r o i d 系统虚拟化技术[J ].计算机系统应用,2017,26(12):5863.[5]L X C L i n u x C o n t a i n e r s [E B /O L ].[202012].h t t ps ://l i n u -x c o n t a i n e r s .o r g/.[6]王鹃,胡威,张雨菡,等.基于D o c k e r 的可信容器[J ].武汉大学学报(理学版),2017,63(2):102108.通信作者:虞保忠,y u b a o z h o n g @z ju .e d u .c n ㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-12-28)。
基于国产CPU的嵌入式教学系统软件部分的研究与实现的开题报告
基于国产CPU的嵌入式教学系统软件部分的研究与实现的开题报告一、研究背景与目的近年来，国内外教育界对嵌入式技术的应用越来越关注，嵌入式教学系统也越来越受到欢迎。
嵌入式教学系统能够让学生理解嵌入式系统的设计方法和实现技术，为未来嵌入式行业的发展培养更多的人才。
同时，国产CPU的研发也在不断推进，为嵌入式教学系统的研发提供了更为可靠的基础。
本文旨在研究和实现一种基于国产CPU的嵌入式教学系统软件部分，包括操作系统、应用程序和驱动程序等内容。
该系统将提供给嵌入式系统设计课程的学生使用，让他们可以熟悉嵌入式系统的开发环境和嵌入式软件的编写方法。
二、研究内容本文的主要研究内容包括以下几个方面：1.设计和实现一个嵌入式操作系统，该操作系统可以在国产CPU上运行，并且可以提供给用户友好的界面和基本的操作功能。
2.设计和实现一些常用的应用程序，例如文本编辑器、图形界面等，用于演示和练习用户在嵌入式系统下的软件开发技术。
3.设计和实现一些驱动程序，例如数字输入输出、串口通信等，用于提供更为底层的硬件支持。
4.研究和实现嵌入式系统的调试方法和技术，使得用户可以在开发过程中更为方便地查找和解决问题。
三、研究方法本文的研究方法主要包括以下几个方面：1.学习现有的嵌入式操作系统和驱动程序的实现方法和技术，对其进行整理和总结。
2.学习国产CPU的架构和开发环境，了解其性能和限制。
3.设计和实现嵌入式操作系统和驱动程序等软件部分，利用模拟器和调试工具进行测试和优化。
4.基于实物硬件平台进行验证和测试，逐步提高系统的稳定性和可靠性。
四、研究意义本文的研究意义主要有以下几个方面：1.为嵌入式教学系统的研发提供了一种新的思路和方法，同时也为国内的CPU制造商提供了一个应用场景。
2.通过本文的研究和实现，可以让学生更加深入地理解嵌入式系统的实现原理和软件开发技术，提高其在嵌入式行业的竞争力。
3.通过本文的研究和实现，可以为嵌入式系统的开发者提供一种可靠的开发平台和调试工具，从而提高开发效率和质量。
自主可控计算机设计与实现
自主可控计算机设计与实现纪静;屈涛;金达;吴金哲;王巍【摘要】在基于国产高性能龙芯3A CPU芯片进行主板研制并成功实现的技术基础上，通过全面总结自主可控主板的软硬件及整机的实现过程，对自我研制主板的各主要功能电路及关键技术进行了详细阐述，对基于国产固件、操作系统进行整机系统的实现以及针对整机进行的性能测试进行了介绍说明，为国产自主可控计算机的发展提供技术借鉴。
%This paper is based on the independent research and development of a motherboard with native high performance Loongson 3A CPU chip. This paper makes a comprehensive summary of the realization of the independent controllable computer hardware and software function, and gives a detailed elaboration of major circuits and the key technologies about the motherboard. The results of performance testing and stability testing of the whole computer based on native firmware and OS are also intro-duced. It will provide a technology reference for development of high performance native computer in the future.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2013(000)015【总页数】6页(P36-40,55)【关键词】龙芯3A;自主可控;国产化计算机【作者】纪静;屈涛;金达;吴金哲;王巍【作者单位】中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083;中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083;中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083;中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083;中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TP393.08随着信息技术的飞速发展和计算机在恶劣环境应用日益广泛深入，用户对计算机的安全性、自主可控性提出了越来越高的要求。
华龙讯达发布基于龙芯的全国产大型PLC
华龙讯达发布基于龙芯的全国产大型PLC
佚名
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】2023年12月27日,在中国工业互联网研究院举办的“国产高端工控系统研讨会”上,深圳华龙讯达信息技术股份有限公司发布了新型国产自主可控大型可编程控制器JICPLC8010。
该控制器从处理器到实时系统、编译器均实现了完全国产化,填补了我国高端PLC设备与应用空白,对增强我国工控产业竞争力,助力工业企业数字化转型和智能化升级具有重要意义。
【总页数】1页(P34-34)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
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