“龍芯—Linux”的政府計算機系統支持研究

摘 要：為了建立能夠讓政府用得放心的信息系統，保障國家信息網絡的安全，由中科院研發的龍芯處理器是讓中國擁有自主的微處理器當前得到了一定的推廣，其擁有十分重要的競爭力。概述了現代“龍芯-Linux”計算機的系統架構與結構，分析了“龍芯-Linux”的政府計算機系統的發展，重點探討了“龍芯-Linux”的政府計算機系統支持高職專業建設的應用目標與措施。

關鍵詞：龍芯-Linux；政府計算機系統；高職專業

隨著社會經濟的進步和國際競爭的日趨復雜，建設現代化政府，培養綜合性高素質人才成為目前我國教育的重點。同時，隨著我國經濟社會蓬勃發展，政府被賦予廣泛的社會經濟管理職能，政府規模也急劇膨脹。而隨著網絡時代的到來，信息技術的快速發展對推動政府改革提供了一種技術上的支持。因此，許多國家的政府和學者將電子政務發展的過程看作是對原有的政府模式進行改造的過程。在這樣一個時代背景下，我國在積極推動本國政府電子政務建設。2001年，中科院計算所成立了一支專門開發設計我國自主CPU的課題小組，取名“龍芯”。采用龍芯CPU，將有助于消除我國在政府計算機系統支持開發方面的安全困惑，改變在信息安全領域的被動局面。本文具體探討了“龍芯-Linux”的政府計算機系統支持要求與相應的課程教學要求?，F報告如下。

一、現代“龍芯-Linux”計算機的系統架構與結構

現代化政府的建設是一項復雜的工程，而政府信息化的建設則是現代化政府的核心與關鍵。計算機是政府信息化建設的基礎，擁有一個中國“芯”的龍芯電腦自問世以來，以其高品質、低功耗、個性定制等特點受到用戶的廣泛追捧。

1.龍芯計算機的發展概況

Loongson是中國科學院計算所設計的通用CPU，采用精簡指令集，類似于MIPS指令集，最早在2002年開始使用，龍芯2號速度最高為1GHz。龍芯3號于2008年秋季推出成品，而設計的目標則在多核心的設計。龍芯1號是一顆32位元的處理器，內頻是 266 MHz。2005年龍芯在微軟授權和幫助下，完成了BSP支持包的設計，并通過了微軟的NSTL內部測試，從而成為第一款事實上全面支持Windows CE系統的國產通用處理器。龍芯2號于2003年正式完成并發布，龍芯2號是64位元處理器，內頻為300 MHz至500 MHz，500 MHz版約與1GHz版的Intel Pentium III、Pentium 4擁有相近的效能水平。龍芯3是第一顆多核心的龍芯處理器，處理器采用65nm制程。龍芯3A的工作頻率為900MHz-1 GHz，頻率為1 GHz時雙精度浮點運算速度峰值達到每秒160億次，單精度浮點運算速度峰值每秒320億次。龍芯3A集成了四個64位超標量處理器核、4MB的二級緩存、兩個DDR2/3內存控制器、兩個高性能Hyper Transport控制器、一個PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龍芯3A的指令系統與MIPS64兼容并通過指令擴展支持X86二進制翻譯。當前龍芯3號在包括服務器、高性能計算機、低能耗數據中心、個人高性能計算機、高端桌面應用、高吞吐計算應用、工業控制、數字信號處理、高端嵌入式應用等產品中具有廣闊的市場應用前景。

2.龍芯計算機的系統架構

龍芯處理器主要包括三個系列：龍芯1號處理器及其IP系列主要面向嵌入式應用，龍芯2號超標量處理器及其IP系列主要面向桌面應用，龍芯3號多核處理器系列主要面向服務器和高性能機應用。龍芯3A是龍芯3號多核處理器系列的第一款產品，是一個配置為單節點4核的處理器，采用65 nm工藝制造，最高工作主頻為1 GHz，主要技術特征如下：片內集成1個LPC、兩個UART、1個SPI、16路GPIO接口；片內集成32位100MHzPCIX/66MHzPCI；每個16位的HT端口拆分成兩個8路的HT端口使用；片內集成兩個16位800 MHz的Hyper Transport控制器；片內集成兩個64位400 MHz的DDR2/3控制器；通過目錄協議維護多核及I/ODMA訪問的Cache一致性；片內集成4 MB的分體共享二級Cache（由4個體模塊組成，每個體模塊容量為1 MB）；片內集成4個64位的四發射超標量GS464高性能處理器核。

3.龍芯計算機的系統結構

EJTAG（Enhanced Joint Test Action Group）是MIPS公司根據IEEE1149.1協議的基本構造和功能擴展而制定的規范，是一個硬件/軟件子系統，在處理器內部實現了一套基于硬件的調試特性，用于支持片上調試。龍芯3A集成的GS464是一款實現64位MIPS64指令集的通用RISC處理器IP，同時其支持MIPS公司的EJTAG調試規范，這使得EJTAG調試龍芯3A成為可能。事實上，龍芯3A處理器同時提供了符合MIPS標準的EJTAG接口和ARM標準的JTAG接口。

二、“龍芯-Linux”的政府計算機系統的發展

龍芯電腦是以我國自主開發的龍芯CPU為核心的教育定制電腦，是我國第一部全部自主開發的教育教學電腦，采用Linux操作系統，針對政府領域提供全方位、深層次的典型應用方案?！褒埿?Linux”的政府計算機系統在運用中具有以下優點：采用開源Linux操作系統，集成國產應用軟件，為了增強用戶的體驗感，對圖形操作、音視頻媒體解碼、常用圖形解碼進行了優化；龍芯電腦更加易于維護與使用，方便遠程管理并且屏蔽了大量的電腦病毒，使用戶在使用過程中沒有后顧之憂。龍芯電腦在整個設計和驗證過程中均遵循嚴格的質量控制和測試規范，保證結構設計適應振動、跌落、沖擊等惡劣環境，保證散熱設計符合高熱高濕等惡劣環境。龍芯電腦采用高效、穩定電源方案和高可靠PCB設計問題，電源性能在很大程度上影響板級系統的可靠性，計算機因外部干擾引起的故障中80%以上是因為電源的原因造成的；龍芯電腦采用性價比高的非隔離集成開關電源方案，提高了產品的使用壽命，保證了質量。

龍芯作為國產的CPU，不可避免地面臨著起步較晚、經驗較少的困難。無論是軟件還是硬件，每一個新的設計，每一個新的嘗試，都新鮮卻又可能碰到難以預料的問題與故障。在龍芯電腦的發展中，原有龍芯上使用的PMON和操作系統內核之間耦合性較強，且沒有規范的接口，這造成不同板卡之間的內核不能互通，同一板卡之間不同版本的PMON和內核需要嚴格對應，否則可能會導致更新了內核和PMON后系統無法啟動。同時，我們看到國際上針對固件設計也有不同規范或標準，比如由Intel倡導的UEFI規范，由IBM的PowerPC上使用的FDT標準等，所以這套規范并不是一個如何設計固件的規范，而是側重于固件和內核之間的接口，只要符合這個接口，無論你的固件采用何種設計方式，遵循何種規范都可保證能夠啟動系統。

三、“龍芯-Linux”的政府計算機系統支持高職專業建設的應用

1.應用目標

通過對計算機應用專業課程體系的改革，提高學生就業競爭力；了解政府部門對計算機信息處理的需求。研究政府部門的計算機體系從“美國芯”到“中國芯”的轉換，所要求的硬件、軟件支持環境及人員培訓的辦法。

2.應用措施

（1）豐富的課程主題引入方式

在高職相關專業課程教學中，新課引入方式呈現出不同的教學風格，有用游戲方式引入、復習式引入、主題式引入等。如今的高職信息技術教材內容普遍偏重于軟件操作，加之許多學生平時很少能夠有機會接觸到計算機內部組成部件，造成他們在“龍芯-Linux”學習方面有一定的困難，為了使學生能基于一定的硬件知識，更多地去了解“龍芯-Linux”，我們可以選擇有關計算機硬件相關的教學主題，深入淺出，消除了學生對“龍芯-Linux”硬件的陌生感。

（2）呈現教師示范作用

雖然現在教學過程中特別強調學生的主體地位，把更多的時間留給學生，但教師的教學示范作用是不可去除的。而小組合作探究是信息技術課中運用最多的教學手法，然而，是只流于表面形式，還是起到了真正的教學效果。在教學過程中，對學生的鼓勵和評價方式是較為關注的熱點問題，有的教師為了激發學生的學習激情，設置了很多物質性的獎品，有的教師用五角星和集體鼓掌的方式等，各種鼓勵方式層出不窮。

（3）建立政府計算機支持人才多方培養的機制

政府計算機支持人才培養是一個長期的過程，一個完善的培訓機制的建立也需要在探索中不斷完善。我們可能沒有能力提出一個完全正確的解決機制，但可以針對問題提出一些相應的解決對策，期望在學術界以及工作中不斷討論、改進。最基本的是樹立一個長期培養的意識，改變原來的培養機制，僅僅通過短期培訓就能滿足政府計算機支持工作的需要是不現實的，而在工作中自然而然學會的能力也不能完全滿足政府計算機支持需要的復合型人才的能力要求。所以，樹立這種長期培養的意識是十分必要的，應在不同的時期組織循序漸進的理論和實踐的培訓，以適應政府計算機支持不斷發展的需要，學習最先進的技術和理論。其次，可以建立政府計算機支持人才多方培養的機制，通過高校、政府、專門培訓機構共同為政府計算機支持人才的培養提供有效途徑，多個方向為政府計算機支持的需要輸送人才。比如，高校在培養政府計算機支持專業的學生時提供更多的實踐機會，使其在理論和實踐“共同的澆灌”中成長；需要單位為政府計算機支持方面的工作人員提供更多培訓的機會，也增加各地的交流項目，使其工作之后也能主動地學習，完善自己的知識儲備，適應電子政務發展的需要。同時，培訓機構積極開展工作，可以通過專業講師或者有見地的專家為更多的人提供培訓的機會，一方面培訓專業的技術，另一方面也增加了思想碰撞的機會，為政府計算機支持的長遠發展提供更多的創意和啟發。

總之，“龍芯-Linux”的政府計算機系統支持是一個復雜的系統工程，我們需要在高職教學中加強各方面的建設，培養各種人才，以保證政府計算機系統支持的高效進行。

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？誗編輯 韓 曉