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一种基于申威平台的全国产化计算机设计方法_李善荣.pdf
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1、工业控制计算机2023年第36卷第1期随着信息技术的快速发展及信息化建设的不断深入,计算机已成为人们日常生活、工作必不可少的工具,但在党政军及关系国计民生的重要领域中超过80%的信息系统依赖于国外技术、产品及服务1,信息化核心能力不强、核心技术受限于人,信息安全得不到保障,严重威胁着国家安全。当今国际形势变幻莫测,信息安全问题日益凸显,尤其是“棱镜门”事件的爆发,更是为我国的信息安全问题敲响了警钟。在加快信息安全建设过程中,为保障我国信息安全建设,对信息安全产品的国产化程度要求越来高。尤其是国内党政、金融、军工、通信等特殊领域,数据计算、处理等方面,对系统关键软硬件的自主可控及安全可信需求变得
2、愈加重要,发展自主可控计算机是保障国家信息安全的基础和必要条件。1申威处理器及套片1.1申威处理器申威处理器或申威CPU是在国家“核高基”重大专项支持下,采用自主指令集设计,具有完全自主知识产权的处理器。本文所阐述的全国产化计算机基于申威最新一代申威8313桌面版处理器设计。申威831处理器是一款64位字长的RISC架构处理器,计算核心采用申威Core3B,采用短向量加速计算技术提高整数和浮点运算性能;单芯片集成了8个同构的申威Core3B核心(计算核心,最高主频2.5 GHz)、1个主动安全处理器核心(管控核心)、16 MB的三级共享Cache、两路72位(含8位ECC)DDR4存 储 控
3、制 器 通 道、两 路PCI-E4.0接 口、支 持 符 合IEEE1149.1标准的JTAG测试接口;提供3路I2C接口、1路SPI接口、1路UART接口、1路LPC接口及1套GPIO接口。申威831处理内部结构如图1所示。1.2申威套片申威ICH2套片是一款完全自主设计的系统芯片2,可实现计算平台的外围安全IO接口的扩展,ICH2套片内部集成可旁路的PCIE交叉开关,上行支持1个PCIE8,下行最多支持3个PCIE8接口,或者1个PCIE8+4个PCIE4的扩展;集成SATA3.0控制器,提供3个SATA3.0接口;集成2个10/100/1000M自适应以太网GMAC接口,支持IEEE 8
4、02.3标准和以太网标准;集成USB控制器,支持6个USB 3.0接口;集成AC97声卡接口,提供5.1声道;集成高性能独立显卡模式的GPU/VPU,配备专用的DDR3显存,支持1080P高清显示,提供多通道DMA控制器,低速输入输出部件(包括AC97、UART、I2C、SPI、PS/2、LPC Host、GPIO及可编程中断控制器)及系统控制部件等,适用于国产化、高安全系列产品的设计开发。申威ICH2套片内部结构如图2所示:图2申威ICH2套片内部结构图2硬件设计2.1计算机组成如图3所示,基于申威831处理器的全国产化计算机由主板模块、显示模块、电源模块、存储模块、散热模块、机箱模块及软件
5、模块组成,主板模块包含全国产化主板及国产内存,显示模块选用高性能国产景嘉微显卡,硬盘选用国产华澜微电子盘,固件选用国产昆仑固件,操作系统选用统信UOS系统,集成普华办公软件。一种基于申威平台的全国产化计算机设计方法李善荣1,2孙超1,2韩娇3翟西斌1,2(1超越科技股份有限公司,山东 济南250101;2山东省特种计算机重点实验室,山东 济南250101;3无锡先进技术研究院,江苏 无锡214000)摘要:现代计算机是一种用于高速计算的可以进行数值、逻辑计算,还具有存储记忆功能,能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备,为我们日常生活及办公提供了便利。传统计算机的软硬件多为
6、进口或国外授权,数据安全性、可靠性能差,且随着国际形势的变化,对全国产化、安全可信计算机的需求日益凸显。基于申威平台的全国产化计算机是一款基于国产处理器、套片、显卡及国产固件、操作系统的计算机设备,实现了计算机软硬件的全国产化。对基于国产处理器的全国产化计算机整机设计思路、设计方案及关键技术进行了阐述,对全国产化计算机关键物料选型及架构设计进行了详细说明,为国产自主可控计算设备的设计开发提供了技术参考。关键词:申威处理器;国产化;套片;ICH2;PCIE图1申威831处理器内部结构图17一种基于申威平台的全国产化计算机设计方法2.2主板模块设计基于申威平台的全国产化计算机采用申威831处理器+
7、申威ICH2套片架构设计,通过两路存储控制器扩展2个DDR4DIMM内存槽,支持单条8GB、16GB等规格国产内存;通过SPI总线外接一个SPI Flash,用于存放BIOS固件;通过1路RS232信号引出DB9标准串口,用于操作系统下串口通信;申威831集成的两路PCIE8总线,一路连接申威ICH2套片,用于外围功能接口扩展,一路连接PCIE16扩展槽,用于显卡、GPU卡等PCIE设备的扩展;通过ASP SPI专用接口外接4片大容量Flash芯片,用于主动安全管理;通过I2C连接内存条及CPLD,实现内存SPD信息读取及系统开/关机控制;通过CPU上的JATG维护接口引出JTAG调试接口,用
8、于CPU运行状态监控及主板调试;预留1颗国产安路CPLD实现板级时序控制、温度监测及风扇转速调控等功能。主板原理框架构图如图4所示:图4主板原理架构图基于申威平台的全国产化计算机通过ICH2实现存外围功能及显示接口的扩展,通过ICH2套片扩展2个PCIE8扩展槽、1个M.2(PCIE4信号)插槽,用于PCIE板卡及NVMESSD的扩展,扩展6路USB3.0接口,用于机箱前面板/后面板USB接口,扩展3路SATA3.0接口,用于SATA硬盘、光驱等存储设备的扩展;通过GMII及PHY芯片,扩展两路千兆网口,通过AC97总线扩展耳机、麦克接口,ICH2外接一颗DDR3 RAM颗粒,作为显存,实现1
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