基于国产计算机芯片的数据处理系统设计

徐 丽 厉 力 马尉鹏 俞 达 王丹

（北京宇航系统工程研究所，中国 北京 100076）

0 前言

在设计长期加电工程项目的测试系统时，要求长期加电测试期间由操作人员进行远程控制，完成数据的实时监测、数据处理、故障预警及事后数据处理分析与判读，为此数据处理系统需处于持续工作状态。

长期加电过程中会产生大量数据，其中重要的测试数据需存储在数据库中。以往数据处理系统的设计多基于Intel芯片、Windows系统及Oracle数据库。本项目采用基于龙芯CPU的计算机，使用Linux操作系统以及达梦数据库。使用双机热备方式进行数据接收、处理、存储、监测、分析和预警。除常规测试的数据处理、分析与判读功能外，还具备长期连续加电的智能监测与预警能力。对应处理与监控不同信息来源的状态和数据，可实现软件模块间的无缝切换。

1 系统架构设计

数据处理系统主要用于对整个测试系统中的重要参数、指令等进行接收处理、保存，从而全面掌握系统状态，并进行故障预警及记录。基于国产计算机芯片的数据处理系统根据功能要求，主要由四个软件模块实现，分别为：数据实时处理软件、数据存储及管理软件、数据分析及判读软件、智能监测及诊断软件。

1.1 系统内部接口

数据处理系统中的数据处理、监测、存储等功能由各软件功能模块组合完成，各软件模块间的主要数据交互有：

1）数据存储及管理软件接收数据实时处理软件发送的数据处理结果并保存；

2）智能监测及诊断软件接收数据实时处理软件组播的数据处理结果并进行监测；

3）数据分析及判读软件读取数据存储及管理软件数据库中的数据处理结果与指令信息，进行判读分析。

各软件模块间的接口关系如图1所示。

图1 数据处理系统软件模块接口关系

1.2 系统外部接口

1）数据存储及管理软件对外接口

数据存储及管理软件可同时接收外部多个设备采集发送的参数信息并进行存储，接收数据实时处理软件数据处理结果。

2）数据实时处理软件的外部接口

测量数据实时处理软件与外系统的数据交互主要包括：接收外部测控软件控制指令、接收外部设备组播发送的数据帧。另外还具有数据挑路转发功能，将特殊数据挑路并发送给特定的设备进行处理。

数据存储及管理软件与外系统的接口如图2所示。

图2 数据存储及管理软件对外接口图

测量数据实时处理软件的对外接口关系图见图3。

图3 测量数据实时处理软件对外接口关系图

2 关键软件模块设计

2.1 数据存储及管理

测试系统长期加电状态下，会持续产生大量数据，其中重要的测试数据，包括测量数据、控制信息等均会集中存储在数据库中。由于测试系统产生的数据频率高、容量大，造成实时处理软件无法将数据直接实时存入数据库中，通过运行在数据库服务器上的存储软件，先将数据处理软件组播的参数处理结果进行缓冲，然后定时批量导入数据库，达到减少数据库接口的调用次数，提高存储效率的效果。

数据存储及管理软件运行在麒麟Linux操作系统的服务器上，为提高系统可靠性，操作系统不启动图形界面，软件采用后台服务方式运行，数据接收、存储等信息通过配置文件进行配置。

软件分为数据存储与数据库管理两部分，数据存储部分运行在数据服务器上，为测试系统实时数据处理提供达梦数据库存储接口，数据库管理部分为客户端/服务器模式，可以运行在任意Linux图形客户端，通过网络连接到数据库服务器并进行管理。

数据存储及管理软件通过FTP获取测试参数配置XML文件，保存了数据传输的协议及参数配置信息，可接收各测试设备发送的数据信息并进行存储。

2.2 智能监测及诊断

为解决长期加电测试状态下系统监测问题，需要通过智能监测及诊断软件实时接收各测试设备产生的数据信息，通过数据解析、参数监测、故障报警等功能对采集的数据进行处理分析，并将异常状态信息进行记录，统一监测系统的安全状况和工作状态。

智能监测及诊断模块还提供对故障模式的分析功能，可针对多个参数状态的不同组合预先定义多种故障模式，软件在运行过程中，根据不同的故障模式对当前参数的状态进行分析，如满足故障模式条件，则进行预警及记录，也可以通过预先设定方式直接向测控系统设备发送控制指令，达到智能监测的目的。

智能监测及诊断软件需要监测的参数众多，无法在界面上展现全部的参数，可以通过配置文件定义的方式根据需要加载显示不同的参数，达到界面元素参数组态可配置的效果。

2.3 数据实时处理

数据实时处理软件需完成多类数据的处理及数据发送功能，根据功能要求软件可划分为多个小模块，功能模块结构如图4所示。

图4 测量数据实时处理软件功能结构图

数据实时处理软件是数据处理系统的关键，主要功能是对系统接收到的各类参数进行实时处理，并将数据处理结果以组播方式发送到网络，供智能监测及诊断软件和数据存储及管理软件使用。

数据实时处理软件模块运行状态中对人机交互功能要求不高，为提高软件可靠性，操作系统可在非图形化的基本模式运行，软件所需要的参数配置文件可通过FTP从服务器获取，软件提供远程控制功能，可通过测控软件进行控制。

2.4 数据分析及判读软件

数据处理系统中多个软件将测试数据存储在数据库中，数据分析及判读软件为存储在数据库中的数据提供统一的浏览界面，通过客户端/服务器模式提供对数据库中测量参数结果的浏览、查询、分析功能。数据库中需要通过数据分析及判读软件查看的数据包括：各设备发送的参数信息与控制指令数据。

数据分析及判读软件使用数据存储及管理软件的数据库结构，读取数据存储及管理软件在数据库中存储的数据处理结果。

3 总结

数据处理系统方案采用基于龙芯CPU架构的计算机为硬件环境，系统软件采用Linux操作系统和达梦数据库，首次开展基于国产计算机芯片及操作系统、数据库的应用研究，并应用国产化的软硬件运行环境进行测量系统数据处理软件设计，实现高可靠的数据处理。

数据处理系统采用优化的数据处理流程和内存管理方案，可满足长时间持续实时监测、数据存储及故障预警。对应处理与监控不同信息来源的状态和数据，可实现监测状态无缝切换，有效的实现了远程控制的工作模式。

本数据处理系统已在测试系统试验中得到了验证，为后续测试系统长时间加电状态下实时监测及数据处理系统的设计奠定了坚实基础，其软硬件架构可推广应用于长期加电要求的测试数据处理设计。