硬件方案范文

硬件方案范文（精选12篇）

硬件方案 第1篇

随着半导体集成度和集成电路制造工艺的不断提高, 微型计算机的故障发生率以及故障的诊断与维修难度持续降低。同时不断更新的故障诊断技术、装备也为计算机维护人员带来极大的帮助。但对于大多数的计算机维修人员, 特别是初级技术人员来讲, 科学、合理的维修方法与策略仍然需要不断探索、总结, 以便尽快掌握维修技术、迅速诊断微机故障, 进而持续提升专业岗位素质。本文由在校高职学生经历计算机维护岗位顶岗实习过程, 对岗位工作技术内涵所作的探索和努力进行提炼、总结, 最终给出下述的微机硬件故障诊断方案, 期待同行和专家的指正。

1 故障诊断岗位实习状态

1.1 实习环境与工作概述

在国家教育管理部门相关政策引导和国家骨干项目配套资金的支持下, 浙江经济职业技术学院的部分大一学生在修习计算机硬件与维护课程的同时, 利用同期的周末假日 (频率为每周一天) , 去杭州下沙区服务型企业进行计算机维护岗位实习, 从事新老客户的微机故障检测、维护工作。经历12周左右的实习工作后, 对微型计算机硬件故障诊断有了一定的积累, 初步摸索出一条可行的微机硬件故障诊断方案。需要说明一点, 由于设备资源和业务性质缘故, 岗位任务所要求的故障诊断是基于部件级别的诊断, 而非电子器件级别。岗位实习期间经历了下述微机故障诊断工具、方法及原则策略的使用。

1.2 主要检测工具与诊断方法

1.2.1 主板诊断卡

主板诊断卡也叫POST (Power On Self Test) 卡。其原理是将微机启动时主板BIOS执行上电自检的各部分代码依次写入同一内存地址并在异常状态下予以显示。具体而言即当BIOS要进行某项测试动作时, 首先将该POST代码写入80h地址, 如果测试顺利完成, 再写入下一个POST代码, 否则停止POST过程。因此, 如果发生故障或死机, 根据80H地址的POST代码值对照故障代码表, 就可以定位故障部件。

1.2.2 诊断方法之一———观察法

简单而言, 就是用“看、听、摸、闻”四类手段进行故障的定位。其形式类似中医诊断的“望、闻、问、切”。

1.2.3 诊断方法之二———简单插拔法

在关机的状态下对可疑部件拔离联接部位, 尔后进行金属接触部位的去氧化处理, 重新上电观察故障现象是否消失或变化, 以此确定故障部位。

1.2.4 诊断方法之三———替换法

在关机的状态下用正常的同类部件代替可疑部件, 重新上电观察断故障现象是否消失或变化, 以此确定故障部位。

1.2.5 诊断方法之四———逐一插拔法

在关机的状态下拔除某可疑部件, 尔后通电观察故障现象是否消失或变化。若故障未变化则反复该过程直至故障现象消失或变化, 以此确定故障部位。

其它还有软件诊断法、测量法、隔离法等检测方法, 可视设备条件与机器状态选择采用。

1.3 微机故障诊断原则概述

1.3.1 先外后内

针对微机硬件故障, 首先在机箱外部进行观测与诊断 (如视频线的连接、市电状态等) , 处理完毕后再视需要打开机箱作进一步诊断。

1.3.2 先简后繁

先尝试简单可行的方法进行故障诊断, 处理完毕后再视需要尝试复杂的方法。

1.3.3 先大后小

将故障范围确定在尽可能的范围内以免疏漏, 尔后通过检测、诊断逐步缩小范围直至最终锁定确定故障部位。此原则对于初学者尤其重要。

2 故障诊断方案实践

2.1 方案概述

面对故障诊断方法的多种选择, 实习之初不仅应用不熟练, 而且很多次因为选择不当而使得工作效率很低。经过实习师傅指导和多次摸索与实践, 确立了“现象观察→故障定性→方案决策→诊断实施→故障定位”的诊断线路。

2.2 故障观察与定性

通过故障现象观察, 按照显示器是否有信息显示为判断标准, 微机硬件故障可以分成以下两大类故障:

2.2.1 核心故障类

微机开机时在主板BIOS引导下检测系统各部件, 其检测顺序大致为:供电线路→CPU→ROM BIOS→System CLOCk→DMA→64Kb RAM→IRQ→Display Card等, 检测显卡以前的过程是微机系统关键性部件测试, 期间任何部件有问题, 计算机都将死机, 只能尝试重新开机, 这类故障称为“核心故障”。

2.2.2 局部故障类

显卡检测正常后, 计算机将对其余的内存、I/O口、软硬盘驱动器、键盘、即插即用设备、CMOS设置等进行检测, 并在屏幕上显示各种信息和出错报告。这类故障称为“局部故障”。

2.3 诊断方案决策与实施

在定性故障类别后, 使用诊断工具、采取适用的诊断策略和方法, 进行诊断处理:

2.3.1 核心故障类

对于核心类故障, 开机后计算机屏幕还没有信号, 传统情况下维修人员只能凭借PC喇叭发出的声音来判断问题的所在位置。由于故障的多样性, 对应的声音种类繁多易导致用户记忆困难。事实上PC喇叭给出的故障提示并非一直准确, 因而加大了故障精确定位的困难。

从诊断工具的发展来看, 这个问题目前有了很大改善。首先, 目前诸多品牌主板, 如技嘉、微星、华硕等集成了硬件侦错 (Debug) 系统, 在POST期间以及后续阶段, 该系统会自动检测主板上各种设备的状态。如果有部件发生了故障, 会给出相关信息。通常这样的信息可快速准确定位主板故障部位, 并对其他部件潜在的故障有良好的启示作用。

如果主板本身没有这样的Debug系统, 可借助第三方主板诊断卡完成相同的功能。但需要说明的是, 由于第三方制造商出品的主板诊断卡不可能兼顾所有品牌主板的特性 (那怕相同品牌的不同系列、不同款型也存在硬件个性化问题) , 更不可能兼顾后期出品 (相对于主板诊断卡出品时期) 的主板硬件特征, 所以使用起来局限性较大, 准确性远远不及主板自带的Debug系统。但作为维修人员, 只能立足于主板诊断卡作为主要的工具, 并结合诊断策略和方法来展开工作。因此, 我们在实习期间总结了以下的这个综合性方案:

以最小化系统 (主板、CPU、单条内存 (Bank0) 、电源、显卡 (如有板载或核芯显卡可省略) 、显示器) 为临界点, 采用以下两套方法分别进行诊断。

1) 最小化系统正常

在最小化系统环境下加电测试正常, 则仅须使用逐一插拔法进行诊断即可。需要注意的是, 此时该方法应该反向使用, 即关机状态下每次插入一个设备, 尔后加电观察故障是否出现, 出现故障则对该新插入设备作去氧化处理或者尝试替换法测试以进一步确认该设备状态。

2) 最小化系统故障

复杂的情况是在最小化系统环境下加电测试故障依旧。此时可首先考虑使用主板诊断卡进行故障定位。需要特别注意的是, 为确保故障定位准确, 在使用诊断卡时要求至少有两次以上的开机 (冷启动) , 每次的CMOS设置、硬件配置均相同, 且故障代码相同[1]。即使如此, 部分故障仍存在重码现象, 而由于主板个性化设计以及BIOS厂商差异个别故障还会出现多码现象。因此, 最好结合替换法进行双重定位, 尤其是在诊断卡无法定位的情况下。如果主板本身具备Debug系统且该部分硬件无损, 则直接用Debug系统诊断的定位准确性要高得多。

上述以最小化系统为临界点的策略是针对核心故障类最实用的简单测试手段, 也是使用主板诊断卡必须的环境要求, 符合先简后繁的诊断原则。

2.3.2 局部故障类

对于局部故障类, 由于屏幕上有故障提示信息 (如POST屏幕) , 一般根据其说明进行定位并采用简单插拔法可以很快确认故障位置。如果不能做到, 则可以根据先外后内的原则先进行机箱外部的观测与诊断。然后打开机箱, 根据先简后繁的原则使用观察法判断故障位置, 最后使用逐一插拔法进行故障定位。逐一插拔法的使用极限是最小化系统。但由于是局部故障类, 理论上讲, 在进行到最小化系统之前故障部件就已经被锁定。

3 结论

上述微机硬件故障诊断方案经过反复摸索和总结, 被确认为有效的诊断方案, 尤其适合适合于经验缺乏的初学者。经过一定数量的案例实践后该方案的工作效率也可以明显得到提升, 在满足岗位职能要求的同时表现出良好的教学效果。这一工作成果从效率上印证了顶岗实习这一工学交替教学模式的适用性和有效性。S

参考文献

电子商务软硬件解决方案 第2篇

1.服务器的功能特点：服务器是专门给大家通过网络来访问其数据的电脑。它安装的是专用的服务器版的操作系统，CPU功能强大，内存很大，硬盘是两个做一个用(一个是备份)、或两台服务器当一个用(一个做备份)。当然配置也不一样。一般的家用电脑也可以安装上服务器版的系统做服务器用。主要应用是网站、大型数据库(银行联网作业)等。

2.一、提高访问速度。因为客户要求的数据存于代理服务器的硬盘中，因此下次这个客户或其它客户再要求相同目的站点的数据时，就会直接从代理服务器的硬盘中读取，代理服务器起到了缓存的作用，对热门站点有很多客户访问时，代理服务器的优势更为明显。

3.二、Proxy可以起到防火墙的作用。因为所有使用代理服务器的用户都必须通过代理服务器访问远程站点，因此在代理服务器上就可以设置相应的限制，以过滤或屏蔽掉某些信息。这是局域网网管对局域网用户访问范围限制最常用的办法，也是局域网用户为什么不能浏览某些网站的原因。拨号用户如果使用代理服务器，同样必须服从代理服务器的访问限制，除非你不使用这个代理服务器。

4.三、通过代理服务器访问一些不能直接访问的网站。互联网上有许多开放的代理服务器，客户在访问权限受到限制时，而这些代理服务器的访问权限是不受限制的，刚好代理服务器在客户的访问范围之内，那么客户通过代理服务器访问目标网站就成为可能。国内的高校多使用教育网，不能出国，但通过代理服务器，就能实现访问因特网，这是高校内代理服务器热的原因所在。

四、安全性得到提高。无论是上聊天室还是浏览网站，目的网站只能知道你来自于代理服务器，而你的真实IP就无法测知，这就使得使用者的安全性得以提高。

5.主要分类：按应用层次划分，(1)入门级服务器、(2)工作组级服务器、(3)部门级服务器、(4)企业级服务器。

按处理器架构划分，(1)CISC架构服务器、(2)RISC架构服务器、(3)VLIW架构服务器。

按用途划分，(1)通用型服务器、(2)专用型服务器按机箱结构划分，(1)台式服务器、(2)机架式服务器、(3)机

柜式服务器、(4)刀片式服务器

6.服务器与pc机的区别：

稳定性、可靠性的区别：

通常台式机只需要考虑每天能够持续运行8小时即可，而且它的故障不会影响其它机器和客户，即台式机的故障、重启不会造成太严重的影响和损失。因此它的设计比较简单，台式机组件的验证和测试也相对简单。但是，服务器就完全不同了，它需要至少达到99.9以上的高可用性，即平均每天故障时间不到1.5分钟。为了实现服务器的高可*性、高可用性要求，服务器主板在研发阶段、设计阶段、生产阶段、测试阶段都经历了更为严格的工艺和流程。并且，服务器的关键部件都考虑了冗余设计，例如采用SMP对称多处理器技术，保证在一个CPU失效的情况下不会影响整个系统；采用ECC奇偶校验内存保护内存数据的完整

性；采用RAID技术保护硬盘数据的完整性；以及多块服务器网卡可以实现冗余保护、负载均衡等特性；支持热插拔冗余电源和风扇等等。

性能的区别:

服务器主板的性能比台式机主板的性能高出很多，尤其是在内存通道带宽、I/O处理能力方面。服务器主板的内存通道通常有两条，甚至四条并行传输总线，因此内存与芯片组之间的带宽通常是台式机主板的两到四倍。服务器主板的I/O带宽通常高达3.2GB以上，而台式机通常只有266MB（不包含显示卡总线带宽），相差十倍以上。另外，服务器可以支持多路CPU并行处理，支持4G以上海量内存，支持高速PCI（64bit/66Mhz）、PCI-X（64bit/133Mhz）I/O通道，支持Ultra160/320高速SCSI硬盘接口等等，这些都是台式机所不具有的可扩展性的区别:

服务器通常支持很好的可扩展性，它的CPU、Memory、PCI I/O、Disk I/O、Network I/O等等都可以灵活扩展，并且不会产生出现系统的局部性能瓶颈

可管理性的区别:

服务器通常要求具有很好的可管理性，这是通过服务器的硬件和软件的特殊实现加以保证的。通过服务器管理软件，系统管理员可以方便的在线察看服务器的当前工作状态、服务器重要部件的健康状况、远程重启/开机/关机、远程进行服务器的维护以及BIOS重定向等等。

操作系统的区别:

服务器和台式机采用的操作系统也是有所区别的，服务器的操作系统可以支持强大的服务器平台，例如多CPU、4G以上内存、日志型文件系统、服务器群集软件等等，而台式机操作系统不能满足上述要求。另外，服务器的操作系统内核更稳定、性能更优

应用软件的区别:

服务器硬件和操作系统上安装的应用软件通常是Internet/Intranet服务器端应用、企业或商业关键应用等。而台式机通常针对个人应用、图形应用。两者的定位是完全不一样的7.服务器与小型机的区别：

试论计算机硬件普遍滞碍和解决方案 第3篇

关键词：计算机硬件；滞碍；解决方案

中图分类号：TP307

计算机和网络的运用给人类的生活带来了各种的便利和影响，深深的转变了我们生活和工作的方式方法。随着计算机对人类生活的影响越发严重的今天，改进计算机的相关项目课题也逐渐成为了人们关注的重点，特别是相关计算机硬件的研究更是吸引了众人的目光。计算机硬件作为计算机的重中之重，是计算机系统可以如常工作运行的基本，它相对于计算机而言具有无法替代的地位。然而，在日常使用中，因为多人的不注意维护计算机或者时常进行错误的指令操作，从而引发了计算机的各种各样的滞碍问题，让计算机无法正常工作运行。而计算机硬件的各种滞碍问题越来越明显，所以对于计算机硬件的障碍问题的分析和根据分析成果进行改造和出台解决方案则显得十分重要。

1 计算机硬件的概念

计算机硬件是计算机的核心，在计算机的如常工作运用中有着不可取代的地位。计算机硬件是指计算机系统内的机械和光电元件等许多器件组成的物理装置的总称。这些物理装置在计算机运作的过程中按照计算机内设的系统结构要求各自运行从而确保计算机软件运行无阻。所以硬件的作用大多数为输入和储存各类的数据和程序，再利用各种程序对数据进行分类运用，为计算机软件的运用提供物理基础。

计算机硬件有主机和外设组成。主机则由中央处理器和内存储器组成。其中的中央处理器则有控制器。运算器和寄存器组成，是整个计算机系统中的控制中心，按照人们对计算机发出的指令，进行逻辑运算和处理存储数据等动作。而内存储器则由只读存储器、随机读写存储器和高速缓冲存储器组成。顾名思义，存储器的作用则是用于存储和调用各种各样的数据和程序。主机是计算机日常工作所必需的，是计算机运行的重中之重。外设则由外存储器（软硬盘、光盘、U盘等）、输入设备（键盘、鼠标等）、输出设备（打印机、显示器等）和其他（网卡、声卡、显卡等）组成。其功能各有不同，也并不是计算机所必需的器件，是根据人们自身的需要而安装和设置的。所以计算机硬件的运用和维护对于计算机而言是十分重要而无法忽视的。

2 计算机硬件普遍滞碍分析

计算机的硬件是整个计算机如常运用的核心部分，对整个计算机的系统运作有着非同小可的重要意义。因此，针对计算机硬件进行滞碍的分析和进而排除障碍对保持计算机的健康有着重要的作用，必须要基本了解维护整修计算机的各种技巧。

2.1 计算机系统死机重启。计算机系统的死机重启的状况是计算机用户里经常会出现的一种滞碍，很多计算机使用者认为这种情况的出现大多数原因是因为软件的不兼用。然而，出现这种滞碍的主要因由是计算机硬件出现障碍，例如计算机硬件中内存和外存储存器不兼容，导致计算机运行较慢；硬件散热功能不能满足硬件的散热需求，导致计算机温度过高；主板和CPU的不兼容等情况的出现都能导致计算机系统瘫痪死机重启，都是由于计算机硬件出现滞碍而引发的结果。

2.2 计算机蓝屏。计算机蓝屏也是计算机硬件出现滞碍的症状之一。例如：计算机硬件局部存在坏道；主板翻松；计算机存储器中的内存条接触不好等滞碍的出现也会直接导致计算机系统瘫痪蓝屏。虽然软件的不兼容也会导致蓝屏的产生，但是计算机出现蓝屏的因由也是计算机硬件出现问题居多。

2.3 计算机硬件与软件的配合问题。计算机的工作内容是由软件和硬件的相互结合才能如常运作。因此计算机的软件对计算机硬件的作用力也是十分巨大的。软件的非正常使用或者软件和计算机硬件不兼容都会导致计算机的滞碍出现。例如软件病毒的出现和计算机硬件是否支持某些软件的正常运行等。

2.4 计算机硬件电源滞碍。随着计算机的长时间的使用，计算机硬件如果使用三年以上，将为出现电源滞碍。该滞碍没有什么特别明显突出的症状，而计算机内部硬件则会发热快而散热慢。而这种情况如果持续一段时间，则会导致计算机各方面障碍的产生，加大计算机的死机率。所以必须要定期对计算机硬件电源进行维护保养，必要时进行替换。

2.5 器件老化引起的计算机硬件滞碍。随着计算机的长时期的使用，计算机内部的各个器件，包括电容、电阻、集成电路等将会面临老化的滞碍。所以一定要对计算机各器件进行定期的维护，进行替换，保证计算机的正常运作。

3 计算机硬件出现滞碍时的解决方案

3.1 内存滞碍解决方案。计算机的内存出现滞碍时，计算机通常会发生死机和蓝屏等状况，甚至在开机时会出现声响。在出现这些状况时，必须要对计算机硬件进行检查。首先把电源切开，检查内存条的安装是否存在问题，再检查机箱内的各种电路板和芯片是否有破损。如果内存条存在问题，必须要及时进行调整和更换。

3.2 CPU滞碍解决方案。在计算机运行的过程中，如果CPU的温度过高，将会烧损计算机硬件或者直接导致计算机的死机瘫痪状态。因此，在维护计算机硬件的正常使用的基础上，必须要降低和保持CPU的温度很重要。为避免计算机CPU温度过高，必须定期对计算机进行检查和维护；擦拭散热片，避免灰尘阻碍散热片工作；保证散热小风扇的正常使用；在CPU涂一层硅脂，加快其散热速度，但要注意剂量，剂量过多将会影响CPU的正常运作，也要注意其灰尘等污染，灰尘可能会影响散热功能，甚至影响计算机系统的稳定性；也可以从计算机外面进行散热，例如外增散热小风扇，增添计算机底座等。

3.3 主板滞碍解决方案。主板的滞碍也是计算机硬件普遍的问题，其症状为计算机的系统无法开启或者显示器没有显示等。

（1）当主板出现滞碍时，例如驱动器出现滞碍等。计算机将会十分不稳定，该系统将会出现反复死机重启和蓝屏等。当出现这种状况时，必须要重新安装驱动器、显卡和内存等硬件。（2）若是显示器没有反应，没有图像等状况出现，则是表明主板的CMOS电池出现滞碍。这个时候，必须要使CMOS电池完全放电和调整其跳线。如果滞碍尚未解决，那就是CMOS电池的电压不足，这时就必须要运用替代法。替代法的用途十分广泛，运用的范畴也十分广，例如升级配件，预防和杀除病毒入侵和兼容软硬件等。（3）主板滞碍范围十分广泛，其中还包括硬软件的不兼容和病毒入侵BIOS系统等滞碍。而这些滞碍都会导致计算机出现蓝屏或者会使计算机显示屏没有图像。而解决这些滞碍的方法则是对BIOS进行刷新行为，并且注意在刷新过程不能因外界物理的强制终止，不然主板会直接受到伤害，甚至会报废。

4 结束语

现今，计算机已经成为了人们生活和工作中必不可少的工具之一，计算机已经在潜移默化中慢慢改变了人们的生活，计算机对人们和世界的影响已经是不可磨灭的了。因而，为了计算机能够更好的为人类所利用，能够发挥其该有的影响，定期维护修理计算机就成了必不可少的步骤。定期对计算机进行维护修理才能增加计算机的寿命，而对计算机硬件进行定期的维护修理则是护理计算机健康的重点之一。计算机硬件的维护和管理均为计算机日常运用的基础，对计算机系统的正常运作和工作的质量的提升都具有重要的影响力。所以，长期加强维护计算机硬件的各种技巧则是每计算机使用者都必须要清楚了解的计算机常识。

参考文献：

[1]方黎，陶建儿.浅谈计算机硬件维修以及故障检测[J].计算机光盘软件与应用，2011（24）.

[2]张健.计算机硬件维修与故障检测分析[J].福建电脑，2011（08）.

[3]林征宇.计算机硬件维护关键技术探讨[J].科技创新导刊，2011（22）.

作者简介：龙武（1975-），男，湖南人，项目经理，工程师，本科，研究方向：计算机应用。

智能电子设备硬件和软件设计方案 第4篇

数字化保护 装置IED的CPU板有2个处理器:DSPTMS320F2812和ARMS3C2510。其中, DSPTMS320F2812完成与保护相关的功能, 包括对模拟量和开关量数据的采 集, 并根据保护算法进行 判断与开 出动作的 执行;ARMS3C2510内嵌VxWorks操作系统, 完成相关任务的管理调度及MMI等功能。DSP和ARM之间的所有通信依靠一个串行通信接口, ARM为上位机, DSP为下位机, 两者之间的通信遵照《现场总线CAN通讯协议》, 其硬件原理框图如图1所示。

CPU板中的DSP侧是实现保护功能的核心, 其主要完成:采集15路模拟量 (4路备用, 3路保护用电流, 1路保护用零序电流, 3路测量用电流, UA、UB、UC、UN) 、16路开关量 (前5路备用, 1路闭锁重合闸, 2路小车工作位置/隔离开关, 1路弹簧未储能, 1路开关跳位, 1路开关合位, 1路闭锁远方操作, 1路检修状态压板、信号复归) 数据, 然后DSP通过软件保护逻辑程序对输入模拟量和开关量进行逻辑判断、执行, 并将相关数据 通过DSP的串口上送ARM;而ARM主要负责液晶显示, 提供精准的对时信号及与过程层/变电站层的通信接口 (双以太网) 、告警/复归信号、前面板用户串口。通讯回路采用双以太网, 极大地提高了通讯能力和可靠性, 其中NET1用于与站控层 (监控系统) 通信, NET2用于GOOSE通信。

数字信号处理单元与AD转换单元、开 入隔离单 元、开出隔离单元及实时时钟单元都有连接, 接口为:

(1) 与AD转换及测频单元的接口为DSP的SPI接口和事件管理器的捕获口CAP2_QEP2、CAP3_QEPI1;

(2) 与开入隔 离单元的 接口为DSP的GPIOB0~GPI-OB15;

(3) 与开出隔离单元的接口为DSP的外设数据总线XD01~XD15;

(4) 与实时时钟 单元 (包括实时 时钟芯片DS1302、EEPROM存储器AT24C256) 的接口为GPIOD00、GPIOD01、GPIOA00和GPIOF08。

AD单元转换芯片采用TI公司的TLC3578。其有8个转换通道;最大数据吞吐量可达200kS/s;模拟量的幅值范 围可达±10V;兼容SPI串行接口, 串行接口时钟可达25 MHz;单5V模拟供电, 3~5V数字供电。此芯片的采样频率和通道切换命令频率相等, 最大可达25MHz;转换精度为14bit, 转换速度与串行时钟SCLK、转换模式有关。

ARM可作为一个功能单元来看待, 其与DSP有2个接口:串行通信接口、秒脉冲信号。ARM的外围电路包括以下部分: (1) IRIG-B码解码电 路; (2) 串行通信 接口电路 (前面板ARM—用户串口、ARM调试串口 以及MCU调试串口) ; (3) 双以太网电路; (4) 液晶显示 接口电路; (5) 设备运行 灯驱动 (及CPU板的运行灯) 信号; (6) 告警GJ、复归FG电路; (7) 连接插座接口定义。

2IED软件设计方案

2.1IED软件设计总体方案

EQUIP包括保护测控装置数据、人机接口辅助数据、内部通信辅助数据和打印通信辅助数据等4部分。数据映射 模块的功能就是保证保护公用数据结构EQUIP中数据和VMD数据结构中数据的双向同步, 即一方数据发生变化时, 另一方数据必须同步变化。具体说来就是在初始化中 (动态创建对象的过程中) 实现数据映射的变量地址互相备份;在保护端或MMS端有数据更新时, 数据赋值操作进行双份赋值操作, 对自身变量和备份对方地址所指向的变量同时赋值。赋值 操作的嵌 入点分别为串行 通信更新 保护数据、MMS收到写指 示操作。VMD如果能够 与EQUIP保持实时 数据相互 更新, 那么DSP就可以只实现保 护测控功 能, ARM负责与站 控层和间 隔层通信。

2.2IED软件流程

当IED运行时, 首先创建发布者和订阅者信号量并且初始化所有MMS对象, 接着读取配置文件, 自动生成了IEC61850对象数据库, 然后进行保护数据映射, 使保护用数据结构 的对象属性和IEC61850对象数据库一一对应起来, 当数据映射完成后, 根据订阅/发布配置文件生成GOOSE发布者和订阅者, 如选择订阅者则创建GOOSE订阅线程, 如选择发布者则调用GOOSE发布函数, 接着进入MMS服务循环操作, 当有事件需要处理时, 发布61850报告服务 和61850日志服务, 等待各线程结束后先销毁信号量, 之后销毁scl_info和所有MMS对象, 最后结束服务并记录保存, 至此就完成了一个完整的IED软件流程 (图2) 。

3结语

本文介绍了基于IEC61850的数字化保护装置的硬件和软件设计方案, 硬件方案中着重讲述了CPU板的硬件原理, 采用DSP+ARM作为CPU板, DSP主要负责 数据采集 和保护运算, ARM层负责IED之间的通信以及MMS服务和GOOSE服务的大部分工作, 软件方案 中设计了 智能电子 设备的软 件架构, 然后分析了IED软件流程。该方案已应用在继电保护装置中, 现场运行情况良好。

参考文献

[1]傅旭华, 黄晓明, 王松, 等.数字化变电站GOOSE技术工程化应用[J].电力自动化设备, 2011 (11) :112~116

硬件方案 第5篇

1、组合台式电脑10台；

2、打印机3台，能满足A4纸打印（复印）的需要；

3、A3彩色激光打印机1台；

4、6组合办公桌2套，椅子16把；

5、阅览台1张；

6、文件柜15个；

7、UPS电源1个；

8、文件盒300个；

9、文件夹20个；

10、中性水笔5盒；

11、大订书机2个，并配置订书钉5盒；

12、小订书机4个，并配置订书钉10盒；

13、打孔机1个；并配孔夹100个。

14、碎纸机1台；纸娄10个；垃圾桶2个

15、绘图机1台；

16、A3打印纸1箱；

17、A4打印纸5箱；

18、大排插座4个；

19、固体胶水10支；

20、透明胶带50个；（小卷）

21、回形针2盒；

22、大头针10盒；

23、灭火器2台；

24、拖把5个；垃圾袋5包；抹布20块；

25、小夹子（夹文件用）500个；

26、铅笔50支，彩色水笔2盒，白板笔黑色5盒，橡皮10块。以上物品清单当否，请领导审批！

金山煤业公司办公室

硬件“王者归来” 第6篇

硬件复兴的背后有多个推动因素。在摩尔定律的作用下，硬件仍在快速发展。业界的一系列活动，如：Facebook在2011年发起的“开放计算项目”，促进了以高效硬件为中心的协作。与此同时，Oracle Exadata 数据库服务器及SAP HANA内在数据库技术也在创造着有目共睹的业务优势。这些无不传递了一个重要信息：硬件已经“王者归来”。

硬件为什么非常重要？因为最新的处理器、存储和服务器创新已经为具有超大规模、超强升级能力和恢复能力的“超大规模”系统奠定了基础。超大规模系统可以为数字化企业提供无限的灵活计算能力，从而为企业提供突破性的机遇。首先，它会推动以下问题的决策：企业是采用公有云还是私有云？是采用商品化硬件还是定制化硬件？其次，超大规模的系统已不再局限于互联网行业巨头，大量规模各异的企业现在都能够采用这种系统。对于CIO们而言，这是一个不容忽视的现实。

同时，超大规模系统的魅力还在于它能够为数据中心提供支持，并对海量数据进行分析，从而推动实时决策，提升业务绩效。当然，好处还不止这些。在这个要求“永不停机”的时代，人们对“超大规模”系统的期望是全天候的服务，即不间断运作时间为100%，哪怕是99.99999%都不行。

随着移动设备的大量使用，以及嵌入式传感器为各类硬件设备带来了数据收集能力，企业还需具备“永不掉线”的功能。此外，由于专用服务器提供了解决特定问题的能力，企业还需能够对系统进行“随时优化”。这意味着超大规模系统不仅体量巨大，其带来的技术贡献同样惊人。例如，Facebook在俄勒冈州的普赖恩维尔的一个数据中心设施的占地面积足有一般沃尔玛超市的两倍大。

超大规模系统的潜在效益同样令人惊叹。例如，通用电气在蒸汽轮机上安装了数百个用以捕捉数据的传感器，他们称“这简直就像是在蒸汽轮机上安装了一个数据中心”。通过持续监控发电机以及相关组件的性能，并不断向实时监控方向发展，通用电气逐步形成了一个极具吸引力的业务模式，即利用超大规模系统的力量管理海量数据。结合强大的分析能力，通用电气预计，仅仅通过将效率提升1%这一项，全公司每年节省的成本就可高达60亿美元。

除了超大规模系统，移动设备是另一个非常好的例子，它有助于降低处理器的耗电量，从而使企业得以节省数据中心的两大主要成本：物理空间和电费。企业在规划、建造和运行下一代IT系统时，需要了解这些全新的创新工具的优势以及必须为此付出的努力。

即使CIO们目前还没有迫切的愿望或足够的资源来再造他们的基础架构，他们还是有必要为向数字化企业转型绘制路线图，并就必要的基础架构和技能进行决策。CIO们必须问问自己，比如：“借助可以按需随时开启或关闭的无限计算能力，我的企业可以完成哪些工作？”这些问题的答案可以帮助他们对最具紧迫性的流程进行改进，并发挥超大规模系统的优势，并使他们的企业保持竞争优势。

硬件方案 第7篇

计算机和网络技术的发展将人类带入信息化社会,随之而来的是倍受关注的信息安全问题。密码技术已经成为安全电子商务、安全通信、安全支付和保密的关键手段,而数字签名又是现代密码技术主要研究的内容之一。数字签名技术在身份识别和认证、数据完整性、抗抵赖等方面具有其它技术所无法替代的作用,它在军事、电子商务和电子政务等领域有着极广泛的应用。

公钥密码系统很好地解决了数字签名中的一些关键问题。而椭圆曲线密码系统与RSA,ElGamal等公钥密码系统相比,具有密钥短、运算量小等优点,并具有更高的安全性,这些优点使椭圆曲线密码系统成为近年来的研究热点。

椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)的硬件实现已成为热点之一。本文以基本的数论理论、抽象代数和硬件设计理论为依据,结合信息论、密码学的一些知识以及一些具体的相关算法。确定了ECDSA的硬件实现方案。设计选用了Altera 公司的Stratix系列器件,利用Quartus II 5.0软件进行综合、布局、布线和时序仿真。

1 椭圆曲线数字签名方案概述

1.1 算法描述

1.1.1 ECDSA的域参数

ECDSA的域参数由一条特征为q的有限域Fq的椭圆曲线E和基点G,E(Fq)组成,域参数可被组中的所有成员共享,也可单独为某用户分配。为充分利用互用性和防止一些已知攻击,在域的大小q,用于Fq元素的描述上以及在椭圆曲线和基点阶数上做了一些限制,域参数由以下部分组成:

(1)域的大小q,这里q=p,p为奇素数;或q=2m。

(2)用一个描述指标FR(域描述)描述Fq元素。

(3)位串长度至少为160位。

(4)Fq上的椭圆曲线E的等式定义的Fq上的两个元素a和b。

(5)定义E(Fq)素数阶有限点G=(xG,yG)的Fq上的两个域元素xG和yG。

(6)点G的阶数n,n>2160且undefined。

(7)伴随因子h=#E(Fq)/n,(其中,#E(Fq)表示椭圆曲线上的点的个数)。

1.1.2 ECDSA密钥对

ECDSA的公钥是基点的随机倍数,私钥是用来生成这个倍数的整数,成员A必须在密钥生成前得到域参数有效的保证,为生成ECDSA的密钥对,每一个成员A都要做如下操作:

(1)在区间[1,n-1]中选择一个随机或伪随机整数d。

(2)计算Q=dG。

(3)A公钥是Q, 私钥是d。

1.1.3 生成ECDSA签名

为签署消息m,具有域参数D=(c,FR,a,b,G,n,h)及相关密钥对(d,Q)的成员A做如下操作:

(1)选择一个随机或伪随机整数k满足1

(2)计算KG=(x1,y1)且将x1转换成整数undefined1。

(3)计算undefined,如果r=0则回到第一步。

(4)计算k-1mod n。

(5)计算SHA(m)将该位串转换成整数e。

(6)计算s=k-1(e+dr) mod n 如果s=0则回到第1步。

(7)A对消息m的签名为(r,s)。

1.1.4 ECDSA签名验证

要验证A在消息上的签名为(r,s),B取得A域参数D=(q,FR,a,b,G,n,h)的可信副本和相关公钥Q,推荐B也验证D和Q的有效性,然后B做以下的操作:

(1)验证r和s是区间[1,n-1]内的数。

(2)计算SHA(m)并将该位串转换成整数e。

(3)计算w=s-1mod n。

(4)计算u1=ew mod n和u2=rw mod n。

(5)计算X=u1G+u2Q。

(6)如果X=∞则拒绝签名;否则转换X的x1坐标为整数undefined1并计算undefined。

(7) 当且仅当v=r时接受签名。

1.1.5 签名验证的依据

如果消息m上的签名(r,s)真正是由A生成的,则由s=k-1(e+dr) mod n得:

k=s-1(e+dr)mod n=we+wrd=

u1+u2d(mod n)

因而u1G+u2Q=(u1+u2+d) G=kG同时也需要v=r。

1.2 算法安全性

ECDSA的安全目标是对于选择明文攻击在现有的基础上是不可伪造的,对一个合法成员A发动此类攻击的目标是在获取A在攻击者所选择的消息集(不包括m)上的签名之后,能获取A在某一单条消息上的有效签名。在离散对数问题是困难的而且所使用的哈希函数是随机函数的前提下,Point cheval和Stern已经证明了对于选择明文攻击,ECDSA在现有的情况下是不可伪造的。Brown已经证明了在基本群为普通群而且所使用的哈希函数是在抗碰撞的前提下,ECDSA本身是安全的。

2 椭圆曲线数字签名方案的硬件优化设计

2.1 总体设计框图

图1是总体设计框图。这是一种高性能的处理器。除了程序和数据内存外,还有三个主要的组件:算术逻辑单元(AU)、算术单元控制器(AUC)和主控制器(MC)。算术逻辑单元执行加法、平方、乘法和求逆等基本运算,它由算术单元控制器控制。算术控制单元执行椭圆曲线的点加和倍加操作。主控制器与主机系统相互结合,协同执行点乘方法。当随机选择整数k时,由主机提供k和P的(仿射)坐标,主机要求处理器生成kP,其中整数k被载入MC转换为点加和倍点公式所需的投影坐标。MC会扫描k的比特位,并命令AUC执行适当的椭圆曲线操作,AUC将顺次指使AU执行适当的有限域操作。当k的所有bit位被处理后,MC将控制AUC把返回的结果转换为仿射坐标,主机则从AU的寄存器中读取kP值。拥有两个控制器有两方面的重要性,即并行处理的能力和流水线操作。MC也会使用数据存储的能力来实现更有效地利用预计算来计算kP值的算法。

2.2 二元域上的求逆设计

本文用a来表示二进制多项式a(z)。F2m的非零元素a的逆是域F2m的唯一元素g,在域F2m上满足ag=1,即满足ag≡1(modf)。这个逆元素用符号a-1modf表示,若约减多项式不会产生混淆,则可表示为a-1。用多项式Euclidean算法可快速求出逆元素[1]。

2.3 用Montgomery方法进行kP的优化设计

2.3.1 相关算法

LOPEZ和DANAB提出了一种基本思想基于Montgomery方法的点乘算法[1]。该算法的一个优点是不需要额外的存储器。另一个优点是在主循环的每一次迭代中都完成相同的操作,因此增强了抵抗时间分析攻击和能量分析攻击的能力。

2.3.2 具体实现及优化设计

可以通过以下几步来分析上述算法的实现过程:

第一步:进行坐标转换,即将仿射坐标转换为射影坐标。只涉及到平方运算,在时间上只需一个时钟周期。

第二步:在射影坐标下计算椭圆曲线点乘。这一部分是整个实现的关键,椭圆曲线点乘实现的效率也由它来决定。计算出deg k之后进行主循环。通过加运算和倍加运算完成。

当进行加运算时,有四次模乘,它们分别为:

(1)X1×Z2

(2)X2×Z1

(3)(X1×Z2)×(X2×Z1)

(4)x×(X1×Z2+X2×Z1)2

观察这四次模乘,(3)、(4)必须在(1)、(2)结束后才能进行,即(3)、(4)与(1)、(2)之间必须串行。还有一次平方运算,只需要一个时钟周期,在这里不予讨论。

进行倍加运算时,有两次模乘运算和四次平方运算,这六次模乘的实现可以有三种方案。

方案一:全部串行。由此产生的多路选择器所耗费的资源也是很大的。最重要的是,全部串行方案总的运算时间为degk×m×6,会使总的椭圆曲线点乘运算的速度降低。

方案二:(1)、(2)之间并行,(3)-(6)之间并行,它们两者之间串行。该方案总耗费时间为degk×m×2。但是在(3)-(6)的并行电路势必会耗费庞大的逻辑资源,而且在实现(1)、(2)时,有一部分电路没有充分利用。

方案三:(1)、(2)之间并行,(3)、(4)之间并行,(5)、(6)之间并行,它们三者之间串行。这种方案的总的运算时间为degk×m×3,并且逻辑资源在每次运算都充分利用。

在设计中,本文选择了时间和速度折衷的方案三。该方案需要两个模乘模块,一个平方模块,以及寄存器单元和多路选择器,而模乘模块也由运算器和多路选择器组成。为节省资源,在这里,采用归一化的设计思想,即只通过一个多路选择器,再在时钟和运算器的配合下,使模乘、平方模块的输入信号都来自于运算器的输出,通过这种改进的结构,在椭圆曲线点乘的实现中,节省了三分之一的资源,改进的椭圆曲线点乘的结构框图如图2所示。

改进的椭圆曲线设计方法,用每一个循环增加几十个时钟周期的代价,不但可以换取节省三分之一以上的器件资源,而且总的电路延迟也会相应降低。总的来说,对于算法的速度不但没有降低,反而有所提高。

2.3.3 kP的部分代码

以下是kP的部分代码(该代码为9位示意,并不是实用的高位方案)。

3 验证结果和结论

在QuartusII5.0工具下,采用Verilog HDL语言实现了椭圆曲线数字签名方案,并对其进行了仿真、综合,实验结果证明,本文的设计正确有效,实现了签名功能。其中关键的kP仿真波形如图3所示。

本文主要进行了椭圆曲线数字签名方案的硬件设计和优化工作,其中采用了归一化的设计思想,使点乘的实现节省了三分之一的资源。椭圆曲线密码是近年来密码体制中的研究热点之一,使用FPGA,VLSI等进行其硬件设计已成为信息安全领域的引人关注的工作,值得进一步的研究和探讨。

参考文献

[1]Darrel Hankerson,Alfred Menezes,Scott Vanstone.Guide to Elliptic Curve Cryptography[M].2003.

[2]曾晓洋,周晓方,沈泊,等.参数可选的高速椭圆曲线密码专用芯片的VLSI实现[J].通信学报,2003,24(9):35-41.

[3]高献伟,靳济方,方勇,等.GF(2m)域乘法器的快速设计及FPGA实现[J].计算机工程与应用,2004(25):111-123.

[4]Sunar B,Koc C K.An Efficient Optimal Normal Basis Type II Multiplier[J].IEEE Trans.Computers,2001,50:83-87.

[5]候整风,李岚.椭圆曲线密码系统(ECC)整体算法设计及优化研究[J].电子学报,2004,32(11):1904-1906.

硬件方案 第8篇

关键词：硬件监控系统,概要设计,开发工具与平台,主干模块设计,测试

一、基于WEB服务器的学生机房硬件监控系统的体系结构

1. 基于WEB服务器监控的基本原理。

基于Web Service监控的基本原理是网络技术广泛应用的衍生物,是基于请求———响应模式的扩展。该模式以数据库为中心,各个控制节点通过控制网络(可以是各种现场总线,也可以是其他工业控制网络)进行通讯,主监控服务器通过触发询问线程对电源等硬件运行状况进行监测,收集实时现场信息,经处理后传送给实时数据库服务器。Web服务器根据客户端浏览器发来的HTTP请求,通过服务器扩展模块,从实时数据库中获取数据,然后传回给客户端浏览器进行显示。基于web服务器的监控系统以其扩展容易、可跨平台服务、标准代码规范等特点为现代大规模硬件监控系统所亲睐。用户可以通过在浏览器像访问网站一样查看PC的各个硬件运转信息,清晰且详细。这样明确分离的后台程序与前端显示,使得监控系统有着非常清晰的结构以便于修改、维护和升级。由以上特点可以看出,Web Service技术将成为今后互联网发展的主要技术。

2. 学生机房监控系统的体系结构。

关于学生机房计算机集群的硬件监控,就是将计算机中的各个设备的硬件信息用CGI程序传送到服务端的数据库,再由服务端的Web服务器通过对数据库读取获得硬件信息并显示出来,同时服务器网页上的控制信息也通过后台程序发送给对应的计算机设备。

学生机房计算机的硬、软件运转信息经由网络传送到Web服务器数据库,并按照一定顺序进行排列便于读取,定时更新;然后在监控主机的Web服务器中,通过读取数据库来获取实时的机组信息,并将其直观地显示在浏览器上,同时,其他的客户机也可以通过同样的方式用浏览器访问到该主机进行监控。其原理图如图一。在文献[3]中已经论证了基于轮询的软件架构可行性高、见效快、部署简单且比较适应我院学生机房的实际情况。本文正是基于这种架构实现学生机房硬件监控系统开发。

二、学生机房监控系统开发平台软件配置

开发软件的选定。在此次设计中,我们拟采用A-pache+PHP+Mysql技术套餐来架设该监控系统的Web服务器。这几乎是现阶段给所有小型网站开发量身定做的完美解决方案。在当前的网页设计语言中,PHP对数据库的支持最为强大,并且以其安全性高,函数库类型丰富为很多服务器设计者所用;Mysql也是因其开源性也是架设小型网站的首选;Apache因其对PHP的支持相对较好;故本文采用这个完美组合作为此设计的软件开发平台。

三、学生机房硬件监控系统的模块设计

总体规划:本系统主要包括硬件监控、系统监控、统计报表、系统管理四大模块。在本文详细介绍系统管理模块和硬件监控模块的具体实现过程。

1. 硬件监控。

本模块主要是对机房电脑的硬件进行监控,服务器每隔设定的时对机房电脑硬件信息进行读取并存入到数据库。本模块主要包括设备监控和温度监控两部分组成。(1)设备监控。主要对机房电脑各硬件设备进行远程监控,包括主板、CPU、内存、硬盘、电源等设备信息。界面如下图所示:

(2)温度监控。主要对机房各电脑的硬件温度进行监控,主要包括CPU、内存、显卡和硬盘的温度监控。

2. 系统管理。

(1)组织结构管理和用户管理。主要对本监控系统的用户单位的组织结构以及用户进行管理。

(2)角色与权限管理。主要对本监控系统的用户角色信息和权限进行管理。

(3)电脑信息管理。主要对机房内的电脑信息进行登记、修改和删除。

四、安装与测试结果

该原型系统需安装在学生机房管理员的PC上,其次在每一台受监控的学生电脑上安装一个很小的控制软件。访问者可以在别的电脑上(只要是在同一局域网中)通过浏览器访问B/S的系统即可查看学生机房各电脑的硬件情况。本原型系统在我院学生机房部署并运转,经测试能够实现对机房PC硬件(主要硬件的温度和运转状态)的无人监控。

参考文献

[1]许柯,郑明雪.基于WEB的大规模集群监控系统设计[J].网络安全技术与应用,2008,(9):78-79.

[2]李娜.基于IPMI技术的服务器管理系统设计与实现[D].北京邮电大学,2009:7-15.

[3]马海东.基于互联网的远程监控系统的研究[D].大庆石油大学,2007.

硬件方案 第9篇

一、基于集群系统硬件监控技术的发展现状

20世纪80年代以来, 随着计算机技术的不断发展和工业自动控制的需求, 计算机监控技术取得了长足的发展。从原有的计算机直接控制, 到大量涌现的Microsoft的DCOM、Sun的RMI、OMG (对象管理组织) 的CORBA, DCOM、RMI、CORBA等为代表的远程计算机程序监控技术, 再到后期发展到基于web服务器的远程页面式监控系统, 计算机监控在向着无缝链接和跨平台化发展, 为用户提供更能适应各种不同计算机环境, 各种不同监控距离以及简洁使用的监控系统[1]。现阶段web服务器以其标准性和开放性即将已经成为大规模计算机远程监控的主流。这对计算机远程监控也提供了更有利的发展环境。任何支持http和html等标准的计算机设备都可以通过web服务器对大规模计算机硬件甚至于对各种工业设备的监控, 这样不但可以实时地监测到设备的最新信息, 还能及时地对设备进行有效的控制。基于web服务器的硬件监控技术, 在工业以及国防领域已经得到了比较广泛的应用和发展。

二、学生实验机房管理的现状以及应对策略

随着我院学科建设的健全和发展, 我院机房已成为我系的信息枢纽、控制枢纽和资料库。我院实验室机房现有6个实验室, 总计近千台计算机, 年接待学生310000人时数。在管理上有如硬件安全管理, 计时管理, 技术人员管理, 学生实验课课堂纪律管理等多处监控难点。如何管理、监控这些大规模集群系统, 保证系统的正常有序运行成为目前我系计算机机房管理的重点研究问题。目前我院机房的管理人员不得不采用24小时专人值班, 定时巡查机房环境设备, 这样不仅加重了管理人员的负担, 而且更多的时候, 不能及时排除故障, 对事故发生的时间及责任也无科学的管理和认定。

综上, 我院机房需要有效的方法来实时监控硬件运转信息, 包括对计算机的启动、停止与复位, 显示各个设备工作的环境温度、电压、电流等信息。现阶段硬件监控系统由最初的单个设备配备监控系统发展到成组的客户/服务端机制以及到后来的大规模信息收集处理, 硬件监控系统已经实现了很高的控制效率并在很多应用领域得到推广、运用。

本文针对我院机房实际提出并讨论二套基于web的硬件监控系统的可行性解决方案。

三、两种基于web服务器的硬件监控系统的两种解决方案

1. 基于分布汇总的解决方案。

基于分布汇总的解决方案如图一所示, 采用的是基于C/S软件系统架构方式, 在集群系统的每一台主机上安装客户端程序, 由客户端程序收集主机的硬件运转信息, 发送到服务器端程序负责决策是否发出报警, 从而达到硬件监控的目的。这种方式降低了web服务器方的负载, 使得服务器端程序只需要对异常信息进行处理, 提高了web服务器的处理速度。在这种模式下, 客户端程序也可以部署分布式数据库, 定期收集、监控集群的硬软件运转信息, 定期通过网络汇总到web服务器方的数据库, 使得即使在短暂的网络不通畅的状态下, 客户端仍可以对单个硬件进行监控。

2. 基于依次轮询的解决方案以及IPMI协议。

(1) 基于依次轮询的解决方案。另外一种基于依次轮询的解决方案如图二所示, 采用B/S软件系统架构, 在web服务器端开发API多线程程序, 当程序运行时建立相应线程依次定期询问集群系统中各个主机系统的OS内核API程序接口, 或访问由IPMI协议支持的串口获得各个主机系统软硬件资源的运转情况, 统一将监控数据汇总到位于web服务器端的数据库中, 由服务器端程序到数据库中读取整个集群系统内每台主机的运转情况。在这种解决方案中, 在集群系统的各个主机上均可登陆到web服务器端对整个计算机集群系统进行实时监控。由于这种方案不需要在集群中每台机器上安装客户端软件, 在网络通畅的前提下可以自由灵活地登陆web服务器端查看集群系统运转情况, 实时管理, 十分方便快捷, 从而被广泛应用。 (2) IPMI协议。IPMI协议是实现基于依次轮询的解决方案的关键技术, 下面详细介绍其发展历史及工作原理。 (3) 1IPMI发展历史。IPMI是智能型平台管理接口的缩写。由Intel、HP、Dell和NEC公司于1998年共同提出, 目前最新版本为2.0。利用此接口标准设计有助于在不同类服务器系统硬件上实施系统管理, 使不同平台的集中管理成为可能[2]。 (4) IPMI工作原理。IPMI的核心是服务器处理器或基板管理控制器 (BMC) , 它并不依赖于服务器的处理器、BIOS或操作系统工作, 是一个独立于系统内运行的无代理管理子系统。在工作时, 所有的IPMI功能都是向BMC发送命令来完成的, 命令使用IPMI规范中规定的指令, BMC接收并在系统事件日志中记录事件消息, 维护描述系统中传感器情况的传感器数据记录。在需要远程访问系统时, IPMI中新的LAN上串行 (SOL) 特性改变IPMI会话过程中本地串口传送方向, 从而提供对紧急管理服务、Windows专用管理控制台或Linux串行控制台的远程访问。BMC通过在LAN上改变传送给串行端口的信息的方向来做到这点, 提供了一种与厂商无关的远程查看启动、操作系统加载器或紧急管理控制台来诊断和维修故障的标准方式。[3] (5) 一个IPMI工作的实例。传统的系统监控管理方法一般是系统管理员定期到机房巡视或者采用PCAnywhere类软件监控, 上述方法存在时效性差、服务器宕机后无法追查原因、占用系统资源较多的缺点。而利用IPMI可实现的功能有: (1) 、对服务器系统的实时监控, 能够监控网络状态; (2) 、监控服务器系统静态信息 (各个硬件设备的基本信息) ; (3) 、动态信息 (主板上硬件的运转状态) 。当上述被监控内容发生工作异常时, 监控软件会报警, 同时将报警事件记录入日志, 管理员可根据报警日志分析诊断。对大量分散服务器集中管理的环境应用优势尤为明显。传统的故障诊断一般是管理员到故障现场根据经验诊断故障原因, 而利用IPMI, 管理员可以通过网络或者串口访问远端服务器, 通过获取事件日志和传感器数据记录来分析、确认故障原因, 并通过远程操作来实现服务器恢复。综上, IPMI提供了一种实现对计算机硬件无人监控的可能。

四、基于集群系统硬件监控技术的机房管理解决方案

根据我院机房的计算机群现阶段管理情况以及基本硬软件架构, 特别适合第二种基于依次轮询的解决方案。整个方案的工作重心在于服务器端的CGI程序开发以及监控系统数据库的建立和维护, 而不必在整个计算机集群中的每台机器上都安装一个客户端程序, 可行性高、见效快、部署简单。故我院机房将选择第二种解决方案, 解决我院机房硬、软件管理的问题。

五、小结

计算机集群系统的硬件监控问题一直是大型集群系统管理中普遍存在且急需解决的问题。我院学生机房也不堪其扰。首先, 开发满足需求的监控软件的代价太大且缺乏OS底层技术的支撑, 其次依靠人工巡查费力、耗时、不安全。本文基于WEB服务器技术以及IPMI协议提出并讨论了解决计算机集群系统监控问题的二种解决方案, 最后选定了第二种基于依次轮询的解决方案解决我院学生机房硬、软件监控问题。

参考文献

[1]许柯, 郑明雪.基于WEB的大规模集群监控系统设计[J].网络安全技术与应用, 2008, (9) :78-79.

[2]李娜.基于IPMI技术的服务器管理系统设计与实现[D].北京:北京邮电大学2009, (2) :7-15.

硬件方案 第10篇

近几年,很多电视台对播控系统实施改良之后,依旧存留一定的安全隐患,其集中显示于下面四点。

第一,数据流磁带库系统在安装完成后原本应该和新的硬盘播出系统一起运行,但是因为协议技术和设备接口的缘故很难正式开始使用,使该系统并没有充分地将其作用展现出来。

第二,电视台数据库服务器的存储量并非是无限大的,它不仅要对电台自身待播的节目内容进行积储,而且还需腾出一定的容积量给到临时要插入的广告内容。在这种情况下,电视节目制作人员不得不于当天播放完毕时人工清除掉那些暂时还用不到的节目内容。然而,这些被删掉的节目内容均是工作人员事先按照1:1的时间来上载的,如果出现这些被删掉的节目素材要临时重播的情况,编播人员就只能重新再去上载,如此,不仅造成了系统资源的浪费,还增加了工作人员不必要的工作量,严重拉低了工作效率。

第三,电视台的播出装备在播控中心数字化改良前主要是大量的模拟装备,鉴于现实的技术面和经济效益,电视台舍弃之前一直在使用的昂贵装备是不现实的。况且,所有已存的节目内容大多是通过模拟方式存于录像带中,欲将其一一转换无疑操作起来是非常耗时的。节目在播出之前用模拟节目源上载,播出时却用改良后的硬盘服务器播出,这样不但很难确保节目的信号品质,而且还会增加不必要的工作时长。

第四,尽管电视台播控中心已对播控系统进行了数字化改良,也以硬盘服务器作为播出系统的重要装备,然而还是留存着一些老旧设备。譬如,极其讲究时间效度的新闻类节目因为时间的关系,没办法及时上载,唯有通过录像带于制作完毕时仓促播放;直播类亦没办法充分把硬盘系统的功能展现出来。简而言之,电视台只要还存留着老旧装备,那就不可能彻底解除安全隐患。

旧式录像播放机因为采取了RAID2冗余技术,只能用减少大量容量的方式保证安全,若想加大素材的储存量,至少需要扩充超过一倍的真实硬盘容量。然而,一旦硬盘的容量过大,就将危及数据存储的安全性以及播放的稳定性。旧式系统在播出中采取部分外挂数据库服务器进行管理,尽管采取的是主备服务器结构,然而只要进行多个频道播出时遭遇到不可预计的状况,便会波及到全盘的播出。

2 改良方案

针对于数字播控中心硬件系统出现的弊端,改良方案如下。

第一,依据播控中心现状,保留曾安装并且运行的数据流磁带库系统,以节约资源;联结磁带库和电视台总编室,使其成为一个相互连接的局域网络;改良节目的制作过程,让电视台总编室利用内部网络来操纵播控中心数据库系统,把后来重新创立的磁带库当作媒体资产来经管数据库,将其加入到电视台的总编室管理中,然后把电视台各大网路系统接通进入到这一大数据库中;对于并非由编网编制完成的素材在经过相关负责人的审核之后,确定署名,然后通过数码流的方式经光纤网络输送至数据库入库。电视台播出部导播依据上面传达的节目单在数据库将节目通过数码流的方式经光纤上传到服务器。如此,便能够让电视台里的所有节目自初期的制作到上级的审核批准再到节目的传输和保存再到最终的播出实现全方位数字化。

第二,减轻导播人员不必要的工作量,提升工作效率。电视台应当依据数字硬盘播出这种新系统、新设备的特点及需要来给导播人员创立科学合理的工作模式。具体实施方案如下。

首先,重新编排播控中心工作人员,把上载人员、值班导播和监察人员分开,设置上载区和监察区,使工作人员各司其职。

其次,对数字化播出系统进行改良时,可以将数字硬盘服务器上的节目设置高速自动上载,这样无疑能够大力提高设备的利用率,从而进一步提升工作效率。

最后,对录像机群实施资源共享,将上载区迟到晚来的信号集中到一起,这样可以减少工作录像机的数量,更方便于集中管理,同时也降低了投入,提高了上载效率以及监听监看效率。

第三,在对之前播控中心系统进行升级改良时,同步对之前的制作等流程实施改良;对于之前本身存留的录像带按顺序一一进行转换;购置数字化的摄像设备,对拍制的内容通过新的方式进行存档,如此便可以对数据进行更为快捷的处理,提升工作效率;不断推动电视台播控系统的改良,在直播时通过数码流的方式经光纤网络上传至服务器。

摘要：随着广播电视业界数字化节目制作的发展,数字化播出的概念逐渐深入人心,国内多家省级媒体进行了新一轮的数字化播出系统改造建设。已经采用数字化播出的电视台在更新和扩大硬盘播出系统,没有采用数字化播出的电视台也对硬盘播出系统表示了浓厚的兴趣。目前,很多电视台都对数字播控系统实施了改良,通过改良起到了更好的安全播出效果,并且使工作效率得到了很大的提升。然而在实践过程中,依然存在部分状况并未有效处理,在电视台的播出过程中依然会存在一定的安全隐患。本文解析了数字播控中心硬件系统存在的弊端,并针对性的给到了改良方案。

智能硬件风潮 第11篇

2014年10月，深圳睿讴科技公司（以下简称“睿讴科技”）推出了一款智能水杯Ocup。和普通水杯相比，Ocup可以实时显示水温、水量、电量、茶包种类等信息，且可通过无线充电，充当暖手宝。

这款由深圳本土企业与丹麦设计师协会前主席Troels Seidenfaden合作的智能水杯，不仅在外观上体现了北欧设计的完美极简，在技术上也摆脱了单纯以物联网为核心的智能硬件模式，可完全通过手动感应进行信息切换，观察水温及水量等参数。

“大家都在谈智能硬件，但大多数产品仍然缺乏想象力，是不是可穿戴、能上网、能用手机APP来关联控制，就叫做智能硬件？”睿讴科技CEO尹继圣对《瞭望东方周刊》说。

这家名不见经传的深圳企业已投入数百万元来研发这个看似理念和技术超前的智能水杯。在尹继圣看来，智能硬件并非巨头的专利，这个全新的创新空间只需要敢想敢做。

Ocup是近两年来中国智能硬件风潮的一个缩影。越来越多以智能为标签的产品不断涌入市场，插座、手表、灯泡、路由器、体温计、窗帘，这些日常生活中的普通物件，如今都因加上了“智能”二字，变身为高科技产品。

而这些仅仅是一小部分已推向市场的智能硬件，更多智能化的创造还在路上。

巨头的刺激

2014年1月14日，谷歌宣布与“iPod之父”托尼·法代尔创办的智能家居公司Nest Labs达成收购协议，以32亿美元买下后者全部资产。成立于2011年的Nest公司此前因推出智能温控装置而受到市场关注。

业内人士认为，谷歌此次收购预示着将借助Nest在智能硬件领域的市场和经验优势，大力开拓智能硬件市场。而这直接促进了全球智能硬件市场的崛起和发展。

“谷歌这样的巨头涉足智能硬件，发出了一个非常明确的信号，说明智能硬件大有潜力。”硬创邦CEO张路告诉本刊记者。从此时起，包括中国在内的全球智能硬件市场开始出现高速增长，潮流不可遏止。

其实，早在2012年4月谷歌就推出了智能眼镜。次年10月，谷歌又推出新一代Google Glass智能眼镜。

另一科技巨头苹果公司除了推出Apple Watch之外，还推出了智能家居管理应用平台HomeKit。

硅谷巨头的刺激，使众多国内厂商跃跃欲试。

阿里巴巴在智能电视领域牵头成立了SmartTV联盟，同时投资华数、文化中国等内容厂商，推出天猫魔盒电视盒，并与华数合作推出电视支付；在智能家居领域则投资了海尔，与格力等合作在智能家电中接入阿里云服务。

百度除了自有品牌的数款产品之外，还建立了服务于健康云的dulife智能硬件平台，推出MUMU血压仪、Boom Band手环等明星产品；在技术之外，百度还与京东合作JD+智能硬件计划、与TCL合作力推TV+智能电视、投资智能家居厂商海眸科技和智能汽车Carnet。

360公司则在两年间相继推出360随身WIFI、360智键、360安全手环等数款智能硬件产品，还与TCL合作推出360空气卫士。

刚刚在中国推出智能代步工具“风火轮”的阿克顿公司首席营销官熊建洲告诉本刊记者，风火轮的出现正是受到了这种环境的影响。阿克顿的母公司是一家总部位于洛杉矶的美国公司，“在美国，这种市场的感染力更大，国际巨头们的加入让大家忽略风险，敢于尝试。”

一个不能忽略的事实是，智能硬件市场的发展潜力不可小觑。据艾瑞咨询的数据，中国2015年可穿戴设备市场出货量将达到4000万部，可穿戴设备市场规模将达到114.9亿元，是2012年6.1亿元市场规模的19倍。

同质化产品

智能硬件是什么？业内并没有一个准确清晰的定义。社会普遍认可的定义是，智能硬件就是将一个物体与网络联接起来，通过网络实现远程操控，摆脱以往完全依靠手工操作的模式，即所谓的“物联网”。更进一步说，智能硬件就是能够通过手机APP操控的硬件。

“现在中国市场上的智能硬件无一例外都是通过联网来实现智能化，但不能说任何一个东西联网了就智能了，因为它的本质还是人在操作。”张路说。

行业观察人士谢军认为，更大的问题是，很多智能硬件往往是由一个创意诞生，并没有充分考虑用户和市场的需求，导致产品既不叫好也不叫座。

这一点张路感受颇深。硬创邦本身就是一个为智能硬件创业者服务的平台，在其位于中关村亿景大厦五楼的办公区内，多个创业团队在做智能产品的前期设计研发。“他们很有想法，但是缺少对市场的判断。”张路说。

更大的问题在于产品同质化，使得原本就不成熟的市场更显混乱。

本刊记者统计发现，目前市场上在售的智能硬件大致分为三类，第一类是以测量身体各项数据为主的健康类产品，如以Apple Watch为代表的智能腕表、智能血压计等；第二类是与人们日常生活相关的家庭服务类产品，如智能插座、智能路由器，智能窗帘等；第三类是交通服务类产品，主要集中在汽车领域，比如腾讯路宝、风火轮等。

“这三个领域是智能化需求最迫切的领域，也是成功率最高的领域，因此同质化严重。”谢军说。

以智能手环为例，大批国内外巨头扎堆，包括著名的蓝牙耳机厂商Jawbone的腕带设备、索尼的SmartBand手环、华为的荣耀手环、OPPO的O-Band手环、TCL的BoomBand手环、360的儿童智能手环等。

而在智能化程度最高的腕表领域，角力更加激烈。三星先后推出了五款智能腕表，还有索尼的Smart Watch、中兴的Grand Watch等。

尹继圣和熊建洲都认为，智能硬件未来的发展方向是细分市场，“在大腕云集的智能硬件领域，只有把细分市场做好，才能有成功的机会。”

待完善的产业链

在业内人士看来，产品跳票是目前智能硬件领域急需解决的问题。“很多产品在预售时吊足胃口，但真正出货时却根本满足不了市场需求。”谢军说。

2013年底，生产智能手表的土曼科技就遇到了这个问题。土曼手表号称在14小时内预定18698个，原本公布的发货时间为11月11日，但由于供应链问题，直到12月22日才发出第一批500部测试工程机——供应链出了问题，产品质量达不到预期。

这种情况在智能硬件产业圈中司空见惯。更严重的还曾因质量不合格而造成返工。

国内的智能硬件开发者有两种，一种是有互联网公司背景者，另一种是有硬件公司背景者，前者的优势在于创意，劣势在于市场、资金和产品把控，而后者刚好相反。

而对于他们来说，产业链的影响都不可避免。“这是整个行业面临的问题。”谢军说，随着市场的扩大，智能硬件产业链也在改善。

硬件方案 第12篇

关键词：AVS,SoC,软硬件协同设计,嵌入式,解码

AVS(Audio Video coding Standard)[1]是由中国信息产业部成立的“数字音视频编解码技术标准工作组”提出的我国自主制定的数字音视频编解码技术标准,是为了适应数字电视广播、数字存储媒体、网络流媒体、多媒体通信等应用中对运动图像压缩技术的需要而制定的。AVS标准中的解码后的视频质量介于MPEG2和H.264之间,但AVS标准的编码复杂度和效率要好于H.264标准,而且相对H.264较高的专利许可费用,AVS采用了非常低的专利许可费。2006年初,国家信息产业部正式批准AVS标准成为中国音视频领域的国家标准,从而为国内企业每年节省大量的专利许可费用。

目前在嵌入式设备上,音视频的硬件编解码器都采用ASIC的设计方案,即全部采用硬件实现音视频标准的所有部分。这种方案的设计优点是解码速度快,但同样缺点也是明显的,即它的研发时间长、成本高、灵活性低,而且编解码格式固定,无法进行升级。而SoC(System on chip)[2]的设计方案能够满足音视频领域要求的编解码速度,同时还能够加快研发速度、降低成本,而且灵活性高,可升级(设计部分只针对软件方面),因此相对ASIC的设计方案,采用SoC的设计方法有很大的优势。

1 SoC设计方法介绍

SoC(System on chip)[2]简称片上系统,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容,包括CPU、程序存储器、IP(intellectual property)功能复用模块、片外总线接口模块。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。SoC设计的关键技术主要包括总线架构、IP核可复用、软硬件协同设计等技术。

音视频硬件编解码的Soc设计方案主要采用软硬件协同设计的思想,将音视频标准中的各部分分而治之:标准当中逻辑复杂但计算量小的部分采用软件实现,以增加编解码器的灵活性,同时可以进行升级;标准当中逻辑简单但计算量大计算复杂的部分以IP核的形式采用硬件实现,以增加编解码器的速度,还可以实现IP核在其他设计上的复用。从目前个人计算机上利用GPU(显卡)中硬件解码功能进行加速解码的高清视频播放的方法中就可以看到SoC设计方法的影子。个人计算机上的视频播放程序通过GPU的驱动程序,调用GPU内置的硬件解码功能实现实时加速播放,从而大大降低CPU的工作量,降低对CPU计算能力的要求。

SoC方法的设计流程如图一,通过下图可以看出,SoC设计方法中一旦软硬件功能模块划分清楚后就可以同时开发设计,大大加快设计的速度。最后软硬件协同测试完成开发。

2 基于SoC方法的AVS硬件解码器设计方案

在嵌入式设备的音视频解码方案中,硬件解码器作为一个外设模块存在,它与摄像头之类的外设处于同一级别。根据上述SoC方案的设计思想,按照AVS音视频标准P2(先进音视频编码第2部分:视频)[1]部分,对AVS视频的解码过程中计算量大计算复杂的过程分为以下几个模块:

1)熵解码模块:熵解码是针对AVS视频编码过程采用的熵编码的反过程。熵编码采用的预计统计科学的一种编码方法,它能够有效的降低编码码长。AVS视频流中所有的码流都是经过熵编码的数据,因此熵解码的过程计算量大,计算过程也比较复杂,因此需要硬件解码来实现。

2)帧内预测模块:AVS视频标准中,帧内预测用于解码采用帧内编码方法的帧,帧内预测是采用帧内图像的空间相关性进行编码的一种方法。帧内预测分为求参考样本、求预测模式、计算三步。预测模式又分为5种预测模式,每种预测模式是针对帧图像中的像素来计算的,而且每种预测模式的计算方法计算复杂。考虑AVS标清视频720p的每帧图像720x576的分辨率,就可以清楚的知道计算量的大小。

3)帧间预测模块:相对于帧内预测,帧间预测是采用前后相邻帧之间的时间相关性来进行编码的,它的计算量更大,复杂性更高,这是任何一个音视频硬件解码器中必须实现的一个模块。

4)IDCT变换模块:AVS中IDCT变换,即整数离弦变换,定义如下:

先对变换系数矩阵进行如下水平反变换

H'=CoeffMatrix×T8T

T8是8×8反变换矩阵,T8T是T8的转置矩阵,H'表示水平反变换后的中间结果,T8定义参加AVS标准。矩阵H''的元素h''ij计算如下:

h''ij=(Clip3(-215,215-1,(h'ij+4)))>>3i,j=0~7

再对矩阵H'进行如下垂直反变换:

H=T8×H''

其中,H表示反变换后的8×8矩阵。最后,残差样值矩阵ResidueMatrix的元素rij计算:

rij=(Clip3(-215,215-1,(hij+26)))>>7i,j=0~7 hij是H矩阵的元素。

对于8×8的残差样本矩阵,IDCT变换需要2次矩阵乘法,矩阵相乘需要512次乘法448次加法,总共需要1024次乘法896次加法,对于这样的计算量,显然在嵌入式设备上用软件实现是无法满足实时解码的,因此需要硬件实现。

5)滤波模块:由于AVS编码过程中是按照8x8的模块进行预测编码的,因此在模块之间的边缘会出现变化明显的边界,因此需要对解码后的模块进行滤波。AVS解码过程滤波主要分为求边界滤波强度和计算两步,这两步的运算也是针对像素级别的运算,因此也需要大量的计算,也需要硬件来实现。

6)AVS硬件解码器的总体架构:根据以上的分析,设计出如图2的硬件解码器的方案。

SoC是一个完整的系统,因此也包含了CPU,主要用于软件部分的运行。其中程序存储模块包括程序存储器(ROM实现)和程序运行内存(RAM),通过该部分可以对硬件解码器进行升级,因此增加了解码器的灵活性。片外接口用于嵌入式系统与硬件解码器的通信,由于嵌入式的多样性,因此该模块不能通用,需要针对特定的嵌入式系统进行开发。

图2中的各个模块通过片内总线连接在一起,形成了一个完整的系统。片内总线目前主要有ARM公司开发的AMBA总线,Altera公司开发的Avalon总线以及开源的Wishbone总线,前两个总线是专有的,因此使用这个总线是需要缴纳专利费用的,而后者是开源的免费总线。具体的总线的实现可以按照不同的场合自由选择。

3 总结

本论文开展了一种面向嵌入式设备的SoC架构的AVS硬件解码器设计方案的研究。该设计方案能够有效的加快AVS解码器的设计实现,而且灵活性高,可扩展性强,IP核能够重复应用在各种不同的AVS解码器架构上,有效的利用现有资源进行开发。

参考文献

[1]国家数字音视频解码技术标准工作组.AVS视频AVS-P2视频标准[S].

[2]沈兰荪,卓力.小波编码与网络视频传输[M].北京:科学出版社,2005.

[3]郭炜,郭筝,谢憬.SOC设计方法与实现[M].北京:电子工业出版社,2007.