一种嵌入式VPX高性能服务器的研究

报告或控制等数据；估计某些与目标形体、表面物理特性有关的参数等。早期的一些电子设备，采用模拟式解算装置进行数据处理。现代电子设备已采用数字计算机完成这些任务。

2 系统架构

为了实现服务器数据录取功能，研究采用了两块标准配置显控板，可扩展CM236/QM170芯片组，CORE I5/I7/E3六代处理器，板贴双通道32GB 3 加固主板构成

VPX显控主板采用CM236/QM170+酷睿I3/I5/I7至强E3 BGA服务器，属于INTEL 2015年Q3正式推出的嵌入式产品。

万兆网口采用MELLANOX CONNECT X-3的芯片，支持2个10G RDMA FAT PIPES至P1；RDMA（Remote Direct Memory Access）技术全称远程直接数据存取，就是为了解决网络传输中服务器端数据处理的延迟而产生的。RDMA通过网络把资料直接传入计算机的存储区，将数据从一个系统快速移动到远程系统存储器中，而不对操作系统造成任何影响，这样就不需要用到多少计算机的处理功能。它消除了外部存储器复制和文本交换操作，因而能解放内存带宽和CPU周期用于改进应用系统性能。

RDMA的理解传统意义上的DMA，直接内存访问（DMA） 方式，是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式，在这种方式中，DMA 控制器从CPU 完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和IO设备之间进行.DMA工作时，由DMA 控制器向内存发出地址和控制信号，进行地址修改，对传送字的个数计数，并且以中断方式向CPU 报告传送操作的结束。

使用DMA 方式的目的是减少大批量数据传输时CPU 的开销。采用专用DMA 控制器（DMAC） 生成访存地址并控制访存过程。优点是操作均由硬件电路实现，传输速度快；CPU 基本不干预，仅在初始化和结束时参与， CPU 与外设并行工作，效率高。

CPU+GPU主板规格如下（优先设计）：

处理器：Intel移动版至强E3处理器1个，BGA1440，集成显卡Intel® HD Graphics P530如：E3-1535M V5 GT4e，2.8/3.7GHz，8M cache，4核，功耗45W；

板型：233.35mm x 160mm（标准VPX 6U版型，十二层，厚度1.6mm+/-10%）；

芯片组：CM236/QM170 1个，两者能兼容；

GPUATI 8860独立显卡芯片：2G DDR5，支持2D、3D硬件加速，支持 OpenGL 4.1/4.1+， OpenCLTM 1.1/1.2+。支持4K高清；

BIOSAMI，16Mbit Flash，SPI接口；

系统内存CPU：DDR4 2133双通道内存，32GB容量，带ECC；

GPU：ATI8860独立显卡芯片，2G DDR5，支持4K高清；

操作系统：LINUX、WIN7、WES7、WIN8、WIN SERVER 2008、WIN SERVER 2010；

SSD电子盘：256GB容量（标配），板载设计；容量可扩展至512GB；

显示接口最大分辨率4096*2160，1路VGA接口（CO-LAY到前面板和背板），1路HDMI接口，1路DP接口，1路DVI接口；

VPX接口有：

（1）P0接口-电源、管理接口；

（2）P1接口-提供2路万兆以太网接口；

（3）P2接口-提供1路PCI-Express X8总线信号（NT模式），每路可独立配置为1个16X或者2个8X或4个4X，支持Gen1、Gen2、Gen3；

（4）P4接口-提供4路千兆以太网接口（2路1000Base-KX类型，2路1000BaseT），2路1000Base-KX通过背板连接到交换板，2路1000BaseT通过背板连接到交换板，提供一路iAMT11；

（5）VPX连接器-P3、P5、P6为自定义连接器，以配合后出线板卡；

网络接口共5个千兆网络接口，采用Intel 82580 Quad Port Gigabit Ethernet Controller（2路1000Base-KX类型，2路1000BaseT类型），2路1000Base-KX和1路1000BaseT作为控制面接口，1路BaseT到前面板；

采用Intel I219出1路1000BaseT，作为控制面接口；

采用MELLANOX CONNECT X-3 PRO EN，2个双万兆网络接口，用于数据面通信；

音频接口声卡使用ALC892 IC来实现，外带PA放大，提供Line IN、Line OUT、Speaker、Mic IN接口，从RTM输出；

串行接口-2路RS232串行接口，从RTM输出；

USB接口-7个USB接口，满足USB 2.0 & 3.0规范，其中3个前面板输出，4个后RTM输出；

SATA接口-板载一个SATA III接口的SSD硬盘，容量256GB，可扩展至512GB；

板内一个SATA III用于测试；

后IO板2个SATA III接口输出；

PS/2接口：2组PS/2接口从后VPX接口输出，支持键盘鼠标；

PCIE1个PCIE2.0 X16或者2个PCIE 8X或者4个PCIE 4X，来自CPU，用于背板互联；

2个PCIE 2.0 X1，来自PCH，用于RTM输出；

IPMC--

（1）VPX 12C communication；

（2）能监测CPU温度和板卡环境温度；（环境温度探头建议放置在进风口的位置）；

（3）支持IPMI板级智能管理总线，可提供电压、电流、温度、CPU状态监控及上/下电管理等；

LED灯：+5V电源灯，SATA电子盘灯，系统状态灯，网口状态灯位于前面板；

VITA标准：符合Open VPX（ANSI/VITA65-2010、ANSI/VITA46-2007等）标准；

功耗最大145W；

工作温度-强固级风冷或导冷，-20℃ ～ +55℃；

存储温度：-45℃～ +70℃；

工作湿度不大于95±3%；25℃，72h等。

4 结语

综上所述，本项目采用VPX架构，有效提高系统的传输性能和稳定性、可靠性以及大容量数据的处理能力；核心主板完全自主研制，板级国产化，同时设计有龙芯国产化主板；采用服务器级别的芯片组和低功耗的至强CPU；解放内存带宽和CPU周期用于改进应用系统性能。解决网络传输中服务器端数据处理的延迟。所有板卡采用强固型设计，可以有效提高抗震能力；采用高速背板总线传输，支持万兆交换，传输带宽可达20G；支持4K高清显示； 所有板卡均采用密闭式设计，可屏蔽电磁干扰，可用于湿热等恶劣环境等。

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