基于国产CPU的高性能控制器的研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：廑建指导教师：基叠臣班蕴旦生国整堂陵直能塑垄班宜压翅丞莲巫塞虽生国型堂医直能堑堡班塞压学位类别：王堂簋±学科专业：让篡担廑且撞丕研究所：主国型堂院直篚物理班塞压2013年4月IYIIIItl21114IIIU3Ulllll㈣629IY2431EmbeddedControllerbasedonChineseCPUByJianZhuangADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInparti

2、alfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofHighEnergyPhysicsChineseAcademyofSciences4，2013研究生学位论文声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：琏日期：塑坚：堇：至2关于学位论文使用投权的说明本人完全了解中国科学院高能物理研究所“关于

3、中国科学院高能物理所研究生论文及研究成果使用权的规定”(2001)高发研生字第315号文件，即：高能物理研究所拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：(1)已获学位的研究生必须按规定提交学位论文，高能物理研究所可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；(2)为教学和科研目的，高能物理研究所可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供科研人员阅读，或在所内网站供科研人员浏览部分内容；(3)根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆等相关部门报送可以公开的学位论文。签名：窿支日期：型：查：三1摘要数据获取和控制系统是高能物理及其他各种大型

4、科学实验装置中不可或缺的两个重要系统，而数据获取系统中的读出计算机和控制系统中的前端控制计算机是各自系统中的关键设备。本文主要对读出计算机和前端控制计算机进行了研究。在大多数应用场合中，读出计算机和前端控制计算机都要对大量的I／O设备进行操作；同属于嵌入式计算机系统；都长时间工作在实验现场，对系统功耗有所限；要求高可靠性。因此可以将读出计算机和前端控制计算机合并考虑。而研究基于国产处理器的读出及前端控制计算机，可以在未来的高能物理实验装置中逐步替代进口产品，在大规模应用中也可以较大幅度地降低成本；也可以根据需要定制系统，改变目前对读出及前端控制计算机的多种限制，为以后定制数据读出节点

5、和分布式控制节点积累技术和经验。更好的为高能物理实验服务。本文首先调研了国内外高能物理实验的数据获取系统和控制系统，分析高能物理实验中的数据获取系统和控制系统对于读出计算机和前端控制计算机的需求；研究了读出和前端控制计算机的性能测试方法。并根据现有的数据获取和控制框架，以及电子学资源，提出了研制基于国产龙芯2F处理器的VME总线控制器作为读出计算机和前端控制计算机。本文重点研究了基于国产龙芯2F处理器的读出和前端控制计算机及其在高能物理实验中的应用。其中包括，对于龙芯2F处理器体系结构的研究，特别是龙芯2F处理器体系结构中影响到基础软件移植的部分：基于嵌入式处理器的VME总线控制器结

6、构的研究；PCI总线与VME总线的桥接及其驱动；嵌入式操作系统和引导软件在龙芯2FVME总线控制器上的移植。本文研究了基于国产龙芯2F处理器的VME总线控制器在高能物理实验的数据获取系统和控制系统中的应用，提供了从硬件、基础软件到支撑软件的一整套解决方案，积累了国内高能物理实验的关键设备国产化的经验，同时拓展了国产处理器的应用范围。关键词：嵌入式计算机，数据读出及前端控制计算机，VME总线控制器，龙基于国产处理器的高性能嵌入式控制器的研究芯处理器AbstractTheDAQandcontrolsystemarekeysystemsinhighenergyphysicsexperl-m

7、entsandotherlargescalescientificfacility．Readoutcomputerandfrontcontrolcomputerarethemostimportantequipmentsinthesesystems．Thisdissertationmainlyfocusesonreadoutcomputerandfloatcontrolcomputerdevelopment．Inmostcases，readoutcompute