专利名称：一种基于嵌入式多cpu的计算机的构建方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机系统。
技术背景
嵌入式CPU技术特别是ARM的迅猛发展，使原有的工业用途电脑IPC机逐步退出 市场，相应而来的则是以ARM为主流CPU的嵌入式PC机(本申请中称为EPC)。
现有EPC机的结构和特点是总线结构简单以CPU总线为系统总线；运行嵌入式操作系统(winCE、嵌入式XP等) 或Iinux操作系统；功耗低——毋需散热装置；应用软件与系统软件捆绑固化在FLASH内。 现有EPC机主要缺陷是系统能力较弱，难以运行较大规模的应用程序(如大容量实时现场数据采集系统)。
而现有的一般家用电脑，则需要运行庞大的操作系统软件，负担很重，运行效率不尚ο发明内容
本发明的目的是发明一种构建新型的嵌入式多CPU的计算机的方法，既能保持如 现有的EPC机的低功耗特点，又能提高其性能，加强扩张能力。
本发明的方法是首先构建一种D-Linux操作系统，所述的D-Linux系统按功能划 分成主应用服务处理系统(AFS)与一组标准功能协处理系统(SFS)，标准功能协处理系统 (SFS)作为主应用服务处理系统(AFS)的协处理部件来帮助前者完成对应用软件的支持功 能。
然后，根据主应用服务处理系统和标准功能协处理系统的总数量，安排同等数量 的嵌入式CPU为核心的处理器组件构建硬件平台，所述的嵌入式CPU，其总线自带Flash、内 存和硬件驱动接口电路，每个嵌入式CPU只运行其对应的那个处理系统的功能。
主应用服务处理系统(AFS)与标准功能协处理系统(SFS)之间通过通信协议来完 成功能服务请求与数据交换，由于采用通信协议来协调工作，AFS与SFS就能分别运行在不 同的嵌入式CPU上，每个子系统可拥有私有的硬件资源。
优选的硬件平台系统，由一个应用服务功能处理器组件(H-AFS)及一组标准功 能协处理器组件(H-SFS)构成；应用服务功能处理器组件用于运行D-Linux的AFS子系统 及用户应用程序；标准功能协处理器组件则用于运行D-Linux的SFS子系统；处理器组件 之间安排内部通讯硬件接口。
优选的嵌入式CPU 以ARM7作为功能服务功能处理器组件(H-SFS)的处理器，ARM9 作为应用服务功能处理器组件(H-AFS)的处理器，每个CPU总线自带Flash、内存、以太网络 芯片和USB接口。
进一步优选的整个本发明的计算机划分为应用主服务处理部分、网络通信服务 协处理部分、文件系统存储服务协处理部分和窗口图形人机对话显示服务协处理部分四大部分，D-Linux操作系统和嵌入式CPU处理器组件对应这四部分设置四组。
本发明的有益效果是采用嵌入式多CPU组件，每个CPU只做一项工作，能大幅 度提高系统性能，又保持嵌入式单CPU低功耗的优点，特别是在Linux基础上重新构建的 D-Linux,能让用户感觉是在单CPU上开发和运行Linux应用软件，以次方式，低档功能的 EPC将能提升为性能强大的嵌入式计算机。
具体实施方式
一、本发明的操作系统D-Linux构建方法如下 1，子系统划分D-Linux由一个主应用服务处理子系统AFS与三个标准功能协处理系统SFS组成，三个 SFS系统分别是网络通信服务Net_SFS，文件系统存储服务(包括磁盘、U盘)File_SFS,窗 口图形人机对话显示服务X_SFS。
2，主应用服务处理子系统AFS 服务映射函数，服务映射函数是与Linux中功能函数代码具有同样代码接口形式(同 样名称、调用方式及参数、返回结果等)的函数，但不同之处在于服务映射函数将调用转向 映射守护模块。
映射守护模块，每个SFS子系统对应有一个映射守护模块，根据子系统划分共有 三个映射守护模块，每个映射守护模块即为对应SFS的驱动模块。
服务请求响应，映射守护模块从上层服务映射函数得到服务请求及参数，并从内 部通信接口转发给对应的SFS，再将从内部通信接口接收到的SFS处理结果返送给上层服 务映射函数。
事件处理响应，映射守护模块从内部通信接口接收到的SFS中发生的事件消息， 转而向上层服务映射函数发出消息通知，再由上层映射函数送给相应的系统模块或应用软 件进程去处理。
3，AFS设计方法是第一步根据AFS与SFS之间的通信协议设计编写映射守护模块与服务映射函数代码；第二步将Linux中归于SFS子系统所定义的功能所对应的内核模块、系统调用API函 数及相关代码部分裁剪掉，代之以服务映射函数；第三步将相应的映射守护模块一起并入Linux内核及驱动，这样便形成AFS子系统。
4，标准功能协处理子系统SFSSFS由其监控守护程序与功能服务处理二部分组成，该二部分合并一起封装在相应的 硬件组件H_SFS的FLASH内。
监控守护程序，监控守护程序是SFS的主程序，是用来接收来自内部通信接口上 对应于AFS的服务请求响应，并调用内部相应服务功能软件模块进行处理，然后将结果通 过内部通信接口发给AFS ；同时监控守护程序将检测来自自身内部的软硬件事件，并将事 件消息通过内部通信接口发给AFS，每个SFS均有自己的监控守护程序；监控守护程序分成二层内部通信接口驱动与监控处理。
网络通信服务Net_SFS，Net_SFS主要功能是提供网络套接口处理及TCP/IP协议栈处理等服务，由网络服务监控守护程序与裁剪后的Iinux内核组成。
第一步根据AFS与网络通信SFS之间的通信协议(自由定义设计)设计编写网络 监控守护程序；第二步保留Linux中有关网络的硬件设备驱动函数，将Linux内核代码中与TCP/IP 协议栈运行无关的部分裁剪精简掉；第三步将网络通信监控守护程序并入到内核主程序即可。
5，文件系统存储服务File_SFSFile_SFS主要功能是提供文件系统管理服务功能，包括文件创建、读写等服务，由文 件存储服务监控守护程序与裁剪后的Linux内核组成。
第一步根据AFS与文件存储服务File_SFS之间的通信协议(自由定义设计)设 计编写文件存储服务监控守护程序；第二步保留Linux中有关文件系统的硬件设备驱动函数，将Linux内核代码中文件系 统运行无关的部分裁剪精简掉；第三步将文件存储服务监控守护程序并入到内核主程序即可。
6，窗口图形人机对话显示服务X_SFSX_SFS主要功能是提供窗口、图形显示服务与键盘、鼠标操作扫描响应服务，由窗口图 形显示服务监控守护程序与裁剪后的Iinux组成。
第一步根据AFS与窗口图形显示服务X_SFS之间的通信协议(自由定义设计)设 计编写窗口图形显示服务监控守护程序；第二步保留linux 0PEN_GL、相关其他⑶I库函数、X窗口系统、显示接口驱动，保留 USB键盘与USB鼠标驱动，将Iinux内核无关的部分裁剪精简掉；第三步将窗口图形显示服务监控守护程序并入到内核主程序即可。
二、硬件安排方法 系统结构SPC由一个H_AFS和三个H_SFS硬件组件及组件互联通信硬件组成，各组件之间互联通 信接口硬件可选用为下列方式之一A、以太网交换各CPU组件都带一片以太网芯片，系统主板上放一块以太网交换芯片， 组件通过以太网互联；B、混合串行总线二二对接根据各CPU组件数据速度传输要求，分别以PCI-ex、USB、以 太网方式二二对接；C、并行数据读写对接采用FIFO、双口内存或锁存器来完成各CPU之间数据交换，可选 用合适的FPGA芯片；首选方案为以太网交换方式。
处理器组件基本配置 CPU选型可采用各种嵌入式CPU，首选方案为ARM7作为H_SFS的处理器，ARM9作为H_AFS的处 理器；基本功能硬件每个CPU总线自带FLASH、MEMORY、ETHNET网络芯片、USB接口(用于灌装烧写FLASH)5本实施例优选四块功能1，应用服务主处理器组件H_AFS，用来运行用户应用软件及AFS，除基本配置外，毋需 另加硬件。
2，网络通信服务协处理器组件用来运行网络服务Net_SFS子系统，除基本配置外，需要扩充一个或若干(多网口通信) 网络芯片及RJ45接口作为整个系统的对外网络接口。
3，文件系统存储服务协处理器组件用来运行磁盘(包括U盘)文件存储服务File_SFS子系统，除基本配置外，需要扩充硬 盘驱动接口及U盘驱动接口电路。
4，窗口图形人机对话显示服务协处理器组件用来运行窗口图形人机对话显示服务X_SFS，除基本配置外，需要扩充USB键盘接口、 USB鼠标接口、显示器驱动接口等电路。
当然，根据具体的工作需要，还可以划分更多其它功能，配合对应的D-Linux操作 系统和嵌入式CPU处理器组件来完成。
权利要求
1.一种基于嵌入式多CPU的计算机的构建方法，其特征是首先构建一种D-Linux操 作系统，所述的D-Linux系统按功能划分成主应用服务处理系统(AFS)与一组标准功能协 处理系统(SFS)，标准功能协处理系统(SFS)作为主应用服务处理系统(AFS)的协处理部件 来帮助前者完成对应用软件的支持功能；然后，根据主应用服务处理系统和标准功能协处理系统的总数量，安排同等数量的嵌 入式CPU为核心的处理器组件构建硬件平台，所述的嵌入式CPU，其总线自带Flash、内存和 硬件驱动接口电路，每个嵌入式CPU只运行其对应的那个处理系统的功能；主应用服务处理系统(AFS)与标准功能协处理系统(SFS)之间通过通信协议来完成功 能服务请求与数据交换。
2.硬件平台系统，由一个应用服务功能处理器组件(H-AFS)及一组标准功能协处理器 组件(H-SFS)构成；应用服务功能处理器组件用于运行D-Iinux的AFS子系统及用户应用 程序；标准功能协处理器组件则用于运行D-Iinux的SFS子系统；处理器组件之间安排内 部通讯硬件接口。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式多CPU的计算机的构建方法，其特征是以ARM7 作为功能服务功能处理器组件(H-SFS)的处理器，ARM9作为应用服务功能处理器组件 (H-AFS)的处理器。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式多CPU的计算机的构建方法，其特征是将整个 本发明的计算机划分为应用主服务处理部分、网络通信服务协处理部分、文件系统存储服 务协处理部分和窗口图形人机对话显示服务协处理部分四大部分，安排D-Linux操作系统 和嵌入式CPU处理器组件对应这四部分设置四组。
全文摘要
一种基于嵌入式多CPU的计算机的构建方法，其特征是首先构建一种D-Linux操作系统，然后根据操作系统中处理系统的总数量，安排同等数量的嵌入式CPU为核心的处理器组件构建硬件平台，所述的嵌入式CPU，其总线自带Flash、内存和硬件驱动接口电路，每个嵌入式CPU只运行其对应的那个处理系统的功能；各处理系统之间通过通信协议来完成功能服务请求与数据交换。本发明可以构建新结构的计算机系统，这种系统效率高、能耗低，而且软件运行、开发环境友好，和单CPU的感觉相同。
文档编号G06F15/16GK102033849SQ201010618949
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者黄忠林 申请人:黄忠林