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基于龙芯2f处理器的硬件验证平台的设计与实现

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计算机工程与科学 2009年第A1期31卷 270-275页

作者：张瑾王剑中国科学院计算技术研究所北京100190

针对高性能处理器龙芯2f的逻辑验证和性能测试,本文设计和实现了一套硬件验证平台环境,既能验证处理器流片前的逻辑功能,也能测试处理器流片后的性能指标。实验结果表明,本文设计的硬件验证平台能够有效验证龙芯2f处理器的各项功能和性... 详细信息

针对高性能处理器龙芯2f的逻辑验证和性能测试,本文设计和实现了一套硬件验证平台环境,既能验证处理器流片前的逻辑功能,也能测试处理器流片后的性能指标。实验结果表明,本文设计的硬件验证平台能够有效验证龙芯2f处理器的各项功能和性能指标。

关键词：龙芯2f 硬件验证平台逻辑验证性能测试

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基于龙芯2f体系结构的BLAS库优化

中国科学技术大学学报 2008年第7期38卷 854-859页

作者：顾乃杰李凯陈国良吴超中国科学技术大学计算机系

在KD-50-I平台上,基于常用优化技术,根据龙芯2f体系结构的特点,在数据预取、指令调度方面,针对高性能计算机系统中能有效解决线性代数问题的子程序集合BLAS,提出了新的优化技术,充分发挥龙芯2f处理器的性能,实现了高性能的BLAS.实际测... 详细信息

在KD-50-I平台上,基于常用优化技术,根据龙芯2f体系结构的特点,在数据预取、指令调度方面,针对高性能计算机系统中能有效解决线性代数问题的子程序集合BLAS,提出了新的优化技术,充分发挥龙芯2f处理器的性能,实现了高性能的BLAS.实际测试表明,高性能BLAS在750 MHz的龙芯2f处理器(双精度浮点峰值3 Gflops)上HPL实测峰值达到1.47 GHz,比原始BLAS提高了6倍以上,比ATLAS提高了45%.

关键词： BLAS 龙芯2f KD-50-Ⅰ 数据预取指令调度

基于龙芯2f的便携机主板设计技术研究与实现

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计算机测量与控制 2012年第2期20卷 435-437页

作者：苏培培李士刚江苏自动化研究所江苏连云港222006 海军驻上海地区航天系统军代表室上海200082

基于龙芯2f处理器设计紧凑型便携机主板,基于处理器内部集成的PCI总线接口扩展显示、USB2.0、IDE、千兆网络等多种外围接口,突破系统电源设计、中断路由实现等关键技术,运行VxWorks操作系统,已经应用于项目,运行稳定可靠。

关键词：龙芯2f 主板 PCI总线中断 VxWorks

面向龙芯2f的双冗余以太网系统软件的设计与实现

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面向龙芯2F的双冗余以太网系统软件的设计与实现

作者：王辰中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）

学位级别：硕士

随着嵌入式设备中网络功能的发展,网络嵌入式设备在网络通信系统中的应用越来越重要,系统要求网络的可靠性越来越高。在对网络通信可靠性要求的系统中,对网卡进行冗余备份成了一种重要的技术手段。本文基于龙芯2f嵌入式系统在VxWorks6.... 详细信息

随着嵌入式设备中网络功能的发展,网络嵌入式设备在网络通信系统中的应用越来越重要,系统要求网络的可靠性越来越高。在对网络通信可靠性要求的系统中,对网卡进行冗余备份成了一种重要的技术手段。本文基于龙芯2f嵌入式系统在VxWorks6.7上实现双冗余以太网的功能,用低廉的成本满足了双冗余以太网的技术要求,实现了网络的高可靠性的系统性能,提升了双冗余以太网的效率和可靠性。主要工作包括： 1)主要是根据龙芯2f CPCI板卡的硬件设计,将VxWorks6.7的BSP移植到板卡上,使软件系统能够正常运行。包含CPU的配置,系统初始化,中断控制器的配置,硬件驱动的开发,调试工具的建立。 2)开发了双冗余以太网驱动。首先分析了VxWorks6.7下Interpeak网络协议栈的特点,然后基于Intelgei825xx100/1000M自适应以太网驱动程序完成了在MUX接口下的设计和实现,完成了双冗余以太网驱动的开发。该驱动主要实现了两种不同的模式,第一种模式主要是热切换模式,当两块网卡使用同一个IP地址时,其中一个设备由于某种原因不能正常工作,另一个设备马上就可以替代这个设备完成相同的功能;另一种模式使用异或算法,可以让两个网卡同时和不同的目标机进行数据通信,并且可以保证数据不会乱序,当一个网卡断掉,另一个网卡也可以替代继续工作。 3)对双冗余以太网驱动程序进行了功能和性能的测试。热切换模式下经过测试网络误码率≤10-3,网络切换时间≤1Oms;异或算法模式下经过测试双网同时工作网络传输速率达到单网卡的1.5倍,能够到23MB/s,此模式下不仅能够达到失效保护还可以实现负载均衡。

关键词：龙芯2f VxWorks6.7 双冗余以太网热切换异或算法

基于龙芯2f平台的XtratuM的研究与实现

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基于龙芯2F平台的XtratuM的研究与实现

作者：李俊兰州大学

学位级别：硕士

目前虚拟化的应用越来越广泛,已经到了炙手可热的程度。各种各样的虚拟机纷纷涌现出来,如KVM、XEN、Vmware等,它们的应用已经深入到各个方面。同时,国产龙芯CPU历经十余年的发展,已经趋于成熟,在市场上的应用也日益丰盛起来。但是龙芯... 详细信息

目前虚拟化的应用越来越广泛,已经到了炙手可热的程度。各种各样的虚拟机纷纷涌现出来,如KVM、XEN、Vmware等,它们的应用已经深入到各个方面。同时,国产龙芯CPU历经十余年的发展,已经趋于成熟,在市场上的应用也日益丰盛起来。但是龙芯处理器在实时虚拟化方面的研究还比较薄弱,本文将围绕龙芯处理器进行该方面的研究。本文以龙芯2f处理器为目标平台。首先分析了龙芯2f平台的时钟、中断以及内存管理单元的特点,并研究了XtratuM虚拟机的基本原理。然后以Linux3.0.4内核为基础实现龙芯2f平台上的XtratuM的移植,具体包括时钟和定时器的接管、中断的接管、域的加载和切换、虚拟时钟和定时器的实现以及XtratuM系统调用的实现等。最后,对基于龙芯2f平台的XtratuM进行了性能的测试和评估,基本符合预期,本工作可以进一步丰富龙芯处理器特别是龙芯2f处理器在嵌入式实时虚拟化领域的应用。

关键词：实时系统 XtratuM 龙芯2f 域切换虚拟化

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ATLAS在龙芯2f上的访存优化

ATLAS在龙芯2F上的访存优化

作者：苏波中国科学技术大学

学位级别：硕士

BLAS是很重要的标准数学库,它主要是一系列矩阵与向量基本操作的集合,其运算性能的测试也是高性能计算机的重要评测手段。为发挥国产龙芯2f微处理器的计算性能,本文在基于龙芯2f处理器的高性能计算机系统KD-50-I上进行BLAS通用优化版本A... 详细信息

BLAS是很重要的标准数学库,它主要是一系列矩阵与向量基本操作的集合,其运算性能的测试也是高性能计算机的重要评测手段。为发挥国产龙芯2f微处理器的计算性能,本文在基于龙芯2f处理器的高性能计算机系统KD-50-I上进行BLAS通用优化版本ATLAS的针对龙芯体系结构的优化。本文首先介绍了BLAS的函数功能,并着重分析了ATLAS实现时采用的矩阵和向量的存储数据结构。不同的函数具有不同类型数据结构的参数,直接影响到ATLAS对各函数的优化和实现。随后介绍了龙芯2f体系结构,特别是对程序性能影响最大的流水线结构和存储器结构特点。基于龙芯2f体系结构特点和ATLAS各级函数的运算特征,提出一系列方法来优化ATLAS各函数的性能。主要的优化目标在于函数的访存方式,通过调度指令,尽可能地将计算时间隐藏于访存之中,同时有效利用内存以及cache特性,减少内存访问时间,以达到加快程序运行的目的。然后,根据BLAS二级函数的特点,将对BLAS2的优化目标确定在对内存的访问方式上,通过循环展开减少内存访问次数,并利用龙芯2f的非阻塞cache机制形成内存访问流水线,加快内存访问速度,消除ATLAS函数运行时的性能波动,最终将BLAS二级函数性能提升30%以上。最后,通过对cache的有效利用,采用数据预取、矩阵分块以及部分拷贝等手段来减弱大规模参数下函数产生的cache失效问题,并使用循环展开方法减少对内存和cache的访问次数,优化后的BLAS3单精度函数性能较ATLAS提高近80%,而双精度函数性能提升50%以上。本文提出的各种方法对即将推出的龙芯3号处理器上的高性能BLAS实现有重要的参考意义。

关键词：龙芯2f BLAS ATLAS 循环展开指令调度数据预取非阻塞cache cache失效

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Glibc库在龙芯2f上的优化

Glibc库在龙芯2F上的优化

作者：李恺中国科学技术大学

学位级别：硕士

Glibc库是Linux系统最底层的运行库,被系统中的绝大多数程序调用。因此其运行效率在整个系统中占重要地位。为了使Glibc库充分利用龙芯2f处理器的特性,提升龙芯平台上的整体性能与用户体验,本文针对龙芯2f平台对Glibc库进行优化。 ... 详细信息

Glibc库是Linux系统最底层的运行库,被系统中的绝大多数程序调用。因此其运行效率在整个系统中占重要地位。为了使Glibc库充分利用龙芯2f处理器的特性,提升龙芯平台上的整体性能与用户体验,本文针对龙芯2f平台对Glibc库进行优化。本文首先对Glibc库的函数构成进行了分析。Glibc库中的函数可大致分为两类,一类函数与系统调用和底层操作相关,如用户组,信号和基本IO等函数。另一类函数提供常用操作的实现,如字符串处理,数学计算等函数。两类函数中,前者主要是对系统调用接口的包装,对参数进行预处理。它们的处理流程相对固定,计算量较小。因此本文的优化工作主要着眼于常用操作函数,对其中的字符串与内存处理函数,数学计算函数,查找与排序函数以及加密函数进行了优化实现。针对各个函数的具体实现,本文提出了不同的优化方法,主要包括以下几种: 访存优化,在考虑存储层次结构的基础上安排内存访问顺序,以对读入Cache的数据充分利用,减少Cache冲突失效与容量失效。此外,访存优化还包括对不同访存指令的合理使用以提高读取效率。该方法主要在排序函数及字符串处理函数的优化过程中使用。循环展开,该方法可以增加基本块的大小,减少分支判断的个数。具体实现时,需要考虑循环内的运算量及体系结构的寄存器个数限制。循环展开在各个部分的优化工作中都有应用。指令调度,对原来的语句进行局部调整,以便于利用龙芯2f的特有指令或充分利用处理器部件。主要体现在数学计算函数的优化过程中。此外,还经常需要对函数的原始实现流程进行改动,以便于展开后续的优化工作。实验表明,使用上述优化方法后,本文中大部分函数的优化比率达到了50%以上。

关键词：龙芯2f Glibc Cache失效循环展开指令调度

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基于龙芯2f平台的函数式语言编译系统

基于龙芯2F平台的函数式语言编译系统

作者：何超勇郑州大学

学位级别：硕士

通用处理器是关系到国家命运的战略产业,其发展直接关系到国家的安全和技术创新能力,是国家的核心利益所在。中科院计算所从2001年开始研制龙芯系列处理器,经过十多年的积累和发展,目前产品线已经包括龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三大系列... 详细信息

通用处理器是关系到国家命运的战略产业,其发展直接关系到国家的安全和技术创新能力,是国家的核心利益所在。中科院计算所从2001年开始研制龙芯系列处理器,经过十多年的积累和发展,目前产品线已经包括龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三大系列,涵盖小、中、大三类处理器和IP核。江苏中科梦兰电子科技有限公司作为龙芯的产业基地和龙头企业,一直致力于国产龙芯处理器相关产品的研发和市场化推广,目前已经自主研发了基于龙芯CPU的桌面计算机（福珑、灵珑、逸珑系列）、集群计算机（中科大KD-90系列）、触控终端查询机、移动平板计算机、教育云计算平台等多个系列的产品。U-Boot是一款由德国DENX小组开发的适用于多种嵌入式CPU的开源固件,支持MIPS、x86、ARM、XScale、Power PC等多种处理器架构。U-Boot固件兼具BIOS和bootloader的双重功能,除了支持嵌入式Linux系统的引导,还支持引导Net BSD、Vx Works、QNX、RTEMS、ARTOS、Lynx OS等多种嵌入式操作系统,因此在嵌入式开发领域有着非常广泛的应用。根据龙芯2f处理器和Lemote 8089D硬件平台的特点,通过对U-Boot固件和PMON 2000固件的对比分析,提出将U-Boot固件移植到该平台的方案。在分析了U-Boot固件的代码结构和启动流程之后,给出了移植的具体实施过程。针对该平台的特点,通过在U-Boot中整合VGA BIOS模拟器的方法,解决了在非x86体系结构的平台上使用通用显卡的问题。不同于常见的基于“图灵机”理论模型的命令式编程语言,函数式编程语言是基于“lambda算子”和“递归函数”理论模型的。虽然两者解决问题的能力在理论上是等价的,但是由于函数式语言“无副作用”这一特点,导致了其在单元测试、代码调试、程序并行以及程序热部署等方面都远远优于常见的命令式编程语言。介绍作为函数式语言基础的lambda算子的起源、功能和特点之后,在此基础上提出了一种ZL函数式编程语言。通过示例程序说明了ZL语言的语法特点,并自上而下地设计和实现了一个从ZL语言到目标硬件平台的编译系统。通过抽象分层的原理将整个编译过程划分为ZL语言到lambda算子、lambda算子到超级连接子、超级连接子到虚拟机指令和虚拟机指令到硬件平台这四个相对独立的子过程。经过半年的运行和调试,该系统可以成功地将ZL语言的程序编译生成目标平台的机器代码,达到了预期目标。

关键词：龙芯2f 固件 U-Boot 函数式语言编译系统

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龙芯2f便携机主板中断机制研究与实现

东莞理工学院学报 2015年第1期22卷 13-18页

作者：张建民张前峰深圳电器公司技术中心广东深圳518000 中国电信股份有限公司泉州分公司福建泉州362000

龙芯2f处理器是面向桌面和高端嵌入式应用的64位高性能低功耗芯片,可应用于个人计算机、行业终端、工业控制、数据采集、网络安全等领域。通过研究龙芯2f处理器的中断机制,设计了龙芯2f便携机主板外部中断路由,在Linux2.6.36内核中实现... 详细信息

龙芯2f处理器是面向桌面和高端嵌入式应用的64位高性能低功耗芯片,可应用于个人计算机、行业终端、工业控制、数据采集、网络安全等领域。通过研究龙芯2f处理器的中断机制,设计了龙芯2f便携机主板外部中断路由,在Linux2.6.36内核中实现了外部中断处理。大量测试表明:龙芯2f处理器能够准确及时地处理外部中断请求,达到了预期的设计目标。

关键词：龙芯2f 便携机主板中断机制