基于國產計算機芯片的數據處理系統設計

徐 麗 厲 力 馬尉鵬 俞 達 王丹

（北京宇航系統工程研究所，中國 北京 100076）

0 前言

在設計長期加電工程項目的測試系統時，要求長期加電測試期間由操作人員進行遠程控制，完成數據的實時監測、數據處理、故障預警及事后數據處理分析與判讀，為此數據處理系統需處于持續工作狀態。

長期加電過程中會產生大量數據，其中重要的測試數據需存儲在數據庫中。以往數據處理系統的設計多基于Intel芯片、Windows系統及Oracle數據庫。本項目采用基于龍芯CPU的計算機，使用Linux操作系統以及達夢數據庫。使用雙機熱備方式進行數據接收、處理、存儲、監測、分析和預警。除常規測試的數據處理、分析與判讀功能外，還具備長期連續加電的智能監測與預警能力。對應處理與監控不同信息來源的狀態和數據，可實現軟件模塊間的無縫切換。

1 系統架構設計

數據處理系統主要用于對整個測試系統中的重要參數、指令等進行接收處理、保存，從而全面掌握系統狀態，并進行故障預警及記錄。基于國產計算機芯片的數據處理系統根據功能要求，主要由四個軟件模塊實現，分別為：數據實時處理軟件、數據存儲及管理軟件、數據分析及判讀軟件、智能監測及診斷軟件。

1.1 系統內部接口

數據處理系統中的數據處理、監測、存儲等功能由各軟件功能模塊組合完成，各軟件模塊間的主要數據交互有：

1）數據存儲及管理軟件接收數據實時處理軟件發送的數據處理結果并保存；

2）智能監測及診斷軟件接收數據實時處理軟件組播的數據處理結果并進行監測；

3）數據分析及判讀軟件讀取數據存儲及管理軟件數據庫中的數據處理結果與指令信息，進行判讀分析。

各軟件模塊間的接口關系如圖1所示。

圖1 數據處理系統軟件模塊接口關系

1.2 系統外部接口

1）數據存儲及管理軟件對外接口

數據存儲及管理軟件可同時接收外部多個設備采集發送的參數信息并進行存儲，接收數據實時處理軟件數據處理結果。

2）數據實時處理軟件的外部接口

測量數據實時處理軟件與外系統的數據交互主要包括：接收外部測控軟件控制指令、接收外部設備組播發送的數據幀。另外還具有數據挑路轉發功能，將特殊數據挑路并發送給特定的設備進行處理。

數據存儲及管理軟件與外系統的接口如圖2所示。

圖2 數據存儲及管理軟件對外接口圖

測量數據實時處理軟件的對外接口關系圖見圖3。

圖3 測量數據實時處理軟件對外接口關系圖

2 關鍵軟件模塊設計

2.1 數據存儲及管理

測試系統長期加電狀態下，會持續產生大量數據，其中重要的測試數據，包括測量數據、控制信息等均會集中存儲在數據庫中。由于測試系統產生的數據頻率高、容量大，造成實時處理軟件無法將數據直接實時存入數據庫中，通過運行在數據庫服務器上的存儲軟件，先將數據處理軟件組播的參數處理結果進行緩沖，然后定時批量導入數據庫，達到減少數據庫接口的調用次數，提高存儲效率的效果。

數據存儲及管理軟件運行在麒麟Linux操作系統的服務器上，為提高系統可靠性，操作系統不啟動圖形界面，軟件采用后臺服務方式運行，數據接收、存儲等信息通過配置文件進行配置。

軟件分為數據存儲與數據庫管理兩部分，數據存儲部分運行在數據服務器上，為測試系統實時數據處理提供達夢數據庫存儲接口，數據庫管理部分為客戶端/服務器模式，可以運行在任意Linux圖形客戶端，通過網絡連接到數據庫服務器并進行管理。

數據存儲及管理軟件通過FTP獲取測試參數配置XML文件，保存了數據傳輸的協議及參數配置信息，可接收各測試設備發送的數據信息并進行存儲。

2.2 智能監測及診斷

為解決長期加電測試狀態下系統監測問題，需要通過智能監測及診斷軟件實時接收各測試設備產生的數據信息，通過數據解析、參數監測、故障報警等功能對采集的數據進行處理分析，并將異常狀態信息進行記錄，統一監測系統的安全狀況和工作狀態。

智能監測及診斷模塊還提供對故障模式的分析功能，可針對多個參數狀態的不同組合預先定義多種故障模式，軟件在運行過程中，根據不同的故障模式對當前參數的狀態進行分析，如滿足故障模式條件，則進行預警及記錄，也可以通過預先設定方式直接向測控系統設備發送控制指令，達到智能監測的目的。

智能監測及診斷軟件需要監測的參數眾多，無法在界面上展現全部的參數，可以通過配置文件定義的方式根據需要加載顯示不同的參數，達到界面元素參數組態可配置的效果。

2.3 數據實時處理

數據實時處理軟件需完成多類數據的處理及數據發送功能，根據功能要求軟件可劃分為多個小模塊，功能模塊結構如圖4所示。

圖4 測量數據實時處理軟件功能結構圖

數據實時處理軟件是數據處理系統的關鍵，主要功能是對系統接收到的各類參數進行實時處理，并將數據處理結果以組播方式發送到網絡，供智能監測及診斷軟件和數據存儲及管理軟件使用。

數據實時處理軟件模塊運行狀態中對人機交互功能要求不高，為提高軟件可靠性，操作系統可在非圖形化的基本模式運行，軟件所需要的參數配置文件可通過FTP從服務器獲取，軟件提供遠程控制功能，可通過測控軟件進行控制。

2.4 數據分析及判讀軟件

數據處理系統中多個軟件將測試數據存儲在數據庫中，數據分析及判讀軟件為存儲在數據庫中的數據提供統一的瀏覽界面，通過客戶端/服務器模式提供對數據庫中測量參數結果的瀏覽、查詢、分析功能。數據庫中需要通過數據分析及判讀軟件查看的數據包括：各設備發送的參數信息與控制指令數據。

數據分析及判讀軟件使用數據存儲及管理軟件的數據庫結構，讀取數據存儲及管理軟件在數據庫中存儲的數據處理結果。

3 總結

數據處理系統方案采用基于龍芯CPU架構的計算機為硬件環境，系統軟件采用Linux操作系統和達夢數據庫，首次開展基于國產計算機芯片及操作系統、數據庫的應用研究，并應用國產化的軟硬件運行環境進行測量系統數據處理軟件設計，實現高可靠的數據處理。

數據處理系統采用優化的數據處理流程和內存管理方案，可滿足長時間持續實時監測、數據存儲及故障預警。對應處理與監控不同信息來源的狀態和數據，可實現監測狀態無縫切換，有效的實現了遠程控制的工作模式。

本數據處理系統已在測試系統試驗中得到了驗證，為后續測試系統長時間加電狀態下實時監測及數據處理系統的設計奠定了堅實基礎，其軟硬件架構可推廣應用于長期加電要求的測試數據處理設計。