1、一种基于龙芯 3B 处理器的刀片式服务器系统 马金伟 江苏自动化研究所 摘 要： 文章以抗恶劣环境用电子信息系统平台的自主可控为背景, 围绕龙芯 3B 处理器和中标麒麟操作系统, 开展军用刀片式服务器的软硬件设计, 突破基于龙芯 3B处理器的 DDR3 内存扩展技术、服务器系统智能监控管理技术、万兆网络接口模块设计及驱动开发技术、刀片式服务器热设计及仿真技术等, 基于国产关键软硬件构建了刀片式服务器, 为新一代抗恶劣环境用计算设备的自主可控提供了技术支撑。关键词： 龙芯 3B; 服务器; VPX; PMON; 中标麒麟; 作者简介：马金伟 单位:江苏自动化研究所 通信地址:江苏省连云港市新浦区
2、圣湖路 18 号计算机事业部 邮政编码:222061 手机:18036679999 电子信箱:A blade server system based on Loongson 3B processorMa Jin-wei Jiangsu Automation Research Institute; Abstract： To improve the independence of military equipment, a new server based on Loongson 3 B processor and Neo Kylin operating system is proposed.Th
3、e team solved a lot of technique difficulty, designed DDR3 on Loongson 3 B platform, designed management system on server, designed 10 G network module.The key part of server hardware is Loongson 3 B processor, and the key part of server operating system is Neo Kylin.They take more security to this
4、server system.Keyword： Loongson 3B; Server; VPX; PMON; Neo Kylin; 0 引言抗恶劣环境用计算机是信息系统的基础, 是提升信息化能力的核心手段, 是体现综合实力的重要标志。解决信息系统的安全问题, 必须从自主可控技术抓起, 尤其是要解决计算机自身的安全问题, 解决计算机自身的安全需立足自主可控的处理器等芯片, 立足国产操作系统、中间件、数据库等应用软件, 以提高自身的安全性。因此基于国产 CPU 和国产操作系统的服务器是未来抗恶劣环境用综合信息管理平台1的迫切需求。龙芯 3B 处理器是中科院最新研制的一款 8 核处理器2, 采用 2
5、8nm 工艺制造, 在单个芯片内集成了 8 个 64 位超标量通用向量处理器核3, 典型工作主频为1.1GHz, 是龙芯 3 号多核处理器系列的最新产品, 主要面向服务器领域。1 服务器架构服务器总体框架主要包括硬件层、固件层、软件层三个层面, 硬件层主要包括服务器主模块及外围接口板卡, 固件层采用 PMON 作为启动引导固件, 软件层主要指中标麒麟操作系统及应用软件, 总体组成框图如图 1 所示。图 1 总体组成框图 (参见右栏) 图 1 总体组成框图 下载原图2 硬件设计整个服务器采用 VPX 架构4, 由服务器主模块、电源模块、数据装载模块、万兆网络模块、机架管理模块、交换模块 (选配)
6、 、机箱、底板等单元构成。机箱内模块具体布局如图 2 所示。2.1 服务器主模块设计龙芯 3B 处理器通过 LPC 总线连接 BIOS 芯片, 通过两个内存通道分别挂载 2GB容量内存颗粒, 实现双通道功能, 支持 ECC, 龙芯 3B 频率配置为 1GHz, 内存频率为 533MHz。处理器的 HT1 通过 16 位 HT 总线与北桥芯片连接。处理器的 HT0连接至 FPGA, 实现 3 路 Rapid IO-X4 接口, 及一路调试串口。服务器主模块可板载 BMC 模块提供管理功能5, 通过 LAN、串口、LPC 等接口实现与板外管理模块的通信。2.2 机架管理模块设计机架管理模块的主要功
7、能是监控主模块的温度、电压状态等服务器工作状态信息。基于 ARM 处理器来实现数据采集和传递, 通过内部的 RS232 串口及 I2C 总线实现与主模块 BMC 模块的信息交互;通过网络接口对外提供 Web 服务。IPMI 智能平台管理接口是一项应用于服务器管理系统设计的标准, 由Intel、HP、Dell 和 NEC 公司于 1998 年共同提出, 当前最新版本为 2.0。利用此接口标准设计有助于在不同类服务器系统硬件上实施系统管理, 使不同平台的集中管理成为可能。2.3 万兆网络模块设计服务器中, 万兆网络模块基于 Intel82599 万兆网络芯片开展设计, 通过 PCIE-X8 总线与
8、主模块进行大容量数据交换, 通过 PHY 芯片扩展 2 路万兆网络接口。82599 所需外部时钟为 25MHz, 通过 EEPROM 进行配置信息存储;P H Y 芯片所需外部时钟为 156.25MHz, 2 片 Boot Flash 对应 2 路万兆网络接口。2.4 Rapid IO 交换模块设计Rapid IO 属于系统内部互连技术。目标应用是高性能的嵌入式设备市场中的系统内部互连。Rapid IO 互连适用于多器件紧耦合的工作环境。Rapid IO 可以用于 PCI 到 PCI 透明桥接, 允许扁平结构并使用更少的引脚传输更远的距离。Rapid IO 交换模块采用 16 路交换通道的方式
9、实现。3 软件设计系统固件采用 PMON, 操作系统运行中标麒麟, 软件设计工作重点集中在机架管理软件。管理软件开发主要基于机架管理模块实现。其主要功能是监控主模块的温度、电压状态等服务器工作状态信息。机架管理模块基于 ARM 处理器和 Linux 操作系统来实现数据采集和传递, 对服务器内部通过 RS232 串口及 IC 总线实现与主模块 BMC 模块的信息交互, 对服务器外部通过网络接口提供 Web 服务7。管理软件功能框架如图 9 所示, 在管理软件界面中点击自检按钮, 提示自检成功后可在 SDR 信息页面查看板卡温度、电压等状态信息, 并通过红色和绿色指示正常和异常状态。图 9 板卡状
10、态信息页面 下载原图4 结束语本文以抗恶劣环境用电子信息系统平台的自主可控为目标, 研制的基于龙芯 3B处理器的刀片式服务器支持 PCIe、Rapid IO 高速串行总线, 能够大幅提升服务节点和计算节点间通信速率和带宽;实现核心软硬件国产化, 核心硬件采用国产龙芯 3B 处理器, 软件采用中标麒麟操作系统, 核心技术自主可控, 安全可靠, 可广泛应用于高性能并行计算领域。参考文献1赵毅, 朱鹏, 迟学斌等.浅析高性能计算应用的需求与发展J.计算机研究与发展, 2007. 2龙芯 3B 处理器数据手册.2013.6 3郭松柳, 汪东升, 汤志忠.同时多线程微处理器结构的性能功耗研究J.计算机工程与应用, 2008. 4刘钱, 何炎祥, 廖稀密等.面向总线的低功耗优化方法探究J.计算机工程与应用, 2014. 5王洁, 曾宁.基于自适应功耗管理的高性能计算机作业调度策略的研究J.计算机科学, 2012. 6杨功立, 付永庆, 基于龙芯 CPU 的高性能安全服务器主板的设计与研究哈尔滨工程大学工学硕士学位论文.2002.12. 7王焕东, 高翔, 陈云霁, 胡伟武, 龙芯 3 号互联系统的设计与实现, 北京:计算机研究与发展, 2008.
