模块架构范文

模块架构范文（精选8篇）

模块架构 第1篇

目前,各级电网公司的运算应用服务大多都是内嵌在独立应用中的,如网络拓扑、潮流计算和状态估计、可视化监控等,各部门只针对各自特定的业务进行特定的运算,而这样的结果导致各业务部门之间的应用系统都是相对封闭的。随着各个系统的深入开展和应用的不断提高,整体的信息运算服务呈现出一系列缺点,如数据分散、网络模型参数得不到共享,因而增加系统参数和数据的维护难度,导致各系统的计算结果不统一;同时部门间设备命名、接口标准不一致,同一设备有多重命名方式,影响企业的运算管理水平提高。

基于电网企业现在的运算服务现状,本文研究一种开放式电网运算应用体系,提出ESB运算服务总线与功能组件模块相结合的信息化架构。目前电网运算的数据源来自不同业务应用系统,计算结果局限于内部独立应用,私有数据有各自的数据表达方式,该架构的CIM应用为企业运算服务提供全局可交换与理解的数据表达规范,而应用与应用具备相互认知的规则后,为避免通信接口的结构过于复杂和提高运算服务的可延展性,采取企业服务总线的部署方式,运用网络服务技术定义一组标准协议用于接口定义、方法调用,为运算服务提供异构联络[1,2]。结合某电网信息应用的实际,表明该实用化的运算服务体系有效解决各业务应用模块运算的信息共享问题。

1 电网运算总线的信息服务

1.1 电网运算总线

ESB[3,4],即企业服务总线,区别于传统的EAI技术,ESB将更多的处理逻辑单元分配到多个端点上,中央服务器不复存在,业务逻辑处理能力及系统压力可灵活调配。总线对于Hub进行拓展,拓扑形式为模块组件连接,而组件相互联系的单一物理中心被虚拟化,分散到整个网络上,负载能力和灵活性都大大增加。ESB逻辑布置实现系统模块间的松耦合,从而能够应对大规模应用集成。

电网运算服务在CIM规范指导下采取服务总线与功能模块相结合的方式,网络服务技术的事件注册、服务调用原理衔接模块间的功能实现,而功能模块在实现自身运算处理之后将结果在服务总线上传递,传递的过程由基于中间件技术的模块适配器完成。适配器将挂接在总线的功能模块数据抽取、封装、共享,并遵照CIM标准封装为服务,实现一种面向服务的运算架构[5]。电网运算服务的逻辑架构如图1所示。

1.2 运算架构的CIM应用

企业运算服务的开放式体系下CIM模型本质上就是一种对电力设备、电力量测数据等信息的本体定义[6]。如图2的层次结构所示,当运算服务总线组建新的模块应用时,从新的系统建设角度看,CIM可以指导系统业务建模和数据建模,而对于总线原有功能模块的运算数据集成,CIM也可以落地为消息规约,实现不同业务应用之间,同一业务部门内不同应用系统之间的模型、数据交换。目前存在的点对点应用集成与中央集线器联络服务方式都

不可避免带来接口的复杂性问题,而CIM为基础的总线运算服务能屏蔽理解差异,实现异构运算应用之间的信息交换与通信。

1.3 总线与模块通信

由于电力企业部门间的应用系统大多情况下是异构的,而且CIM标准的业务与逻辑建模方式同样要求全局的运算服务总线方式具有跨平台、跨语言的通用性。基于信息运算架构的以上要求考虑,总线运算应用服务应采用网络服务技术。它是基于网络的、分布式和模块化的组件服务,其服务构建过程是应用集成的重要模式。

如图3所示,在网络服务方式的访问机制下,应用系统端写入特定的适配器将自身封装,而适配器将提供与ESB总线通信的接口。采用ESB方式的信息架构,各个异构应用系统都看成总线上的组件模块。当组件挂接到ESB系统总线时,组件可以通过总线上事件的注册来修改全局信息,如某一组件内部运算数据发生变化时,它可以发送XML变化消息到总线服务代理中,ESB总线服务代理接收服务请求后,对该运算数据修改事件进行注册处理,并检查哪些组件使用相关数据,然后总线会将变化消息分派到使用这些特定数据的组件,最后组件通过模块适配器将消息转换成变化数据保存到各自的数据库当中,实现运算数据同步。同步过程中模块适配器的内部结构屏蔽应用差异,消息转换机制实现共享信息的交互处理。

2 总线上的功能模块

2.1 电力系统模型模块

电力系统模型模块作用是管理电网模型,电网模型主要分为四个状态:历史态,实时态,规划态和研究态,其中历史态是一个过去的模型,实时态是当前电网运行的模型,规划态是增加已经批准但是没有投运的电网模型,研究态是增加一些研究的电网模型。图4是电网模型的管理流程。

电网模型用符合CIM/XML格式的文件进行表达,首先我们要确定一种描述CIM规范的数据格式,该CIM规范不仅要适应实时系统的模型,还要适应运方等规划部门的模型。采用RDF Schema方式的通用格式机制,可以较好地完成CIM模型的抽象UML转换。当CIM RDF Schema确定下来后,EMS系统导出的电网模型就可以转化输出为一个XML文档,即CIM/XML文件,并通过一定的融合机制将这些CIM/XML文件进行整合并根据版本特征存入模型库中。一旦电网模型的某个状态,如实时态模型发生变化时,电力系统模型模块会通过自身适配器的消息转换机制,将数据变化的情况变成SOAP协议的XML消息,并在运算总线上进行传递,使得其他功能模块作相应的同步响应。

2.2 量测数据管理模块

量测数据管理模块是维护与电网模型所对应量测数据的功能模块。与现有的电网模型对应,量测数据分成四个状态:历史态、现时态、规划态和研究态。历史态记录与历史态模型所对应的历史数据。实时态用来记录与电网实时模型相对应的实时数据。规划态和研究态的量测数据主要是一些出力和负荷调整的数据。负荷的数据一般来自于负荷预测,而出力的数据一般需要靠手工去维护。在总线运算应用服务架构中,量测数据管理模块从EMS中获取变化的量测数据并保存下来,而量测数据的变化信息由总线的消息通信实现。

2.3 拓扑处理模块

拓扑处理模块主要用来进行拓扑运算,将开关/节点模型转换为母线/支路模型,以供网络应用模块来进行计算。一般来说,规划态和研究态的模型是基于母线/支路模型的,而历史态和实时态的模型是基于开关/节点模型的。那么在拓扑处理模块中不仅需要将开关/节点模型转换为母线/支路模型,还需要将母线/支路模型对应某个开关/节点的历史模型来进行反向转换,转换与反向转换是为了实现不同模型基础上的网络应用模块运算服务。在转换后母线/支路模型中,考虑到闭合的闸刀和断路器并不对潮流的分布产生很大的影响,同时在潮流计算中过多的小阻抗支路会对潮流计算的收敛性和精确度带来不利影响,开关类元件将被略去,只保留非零阻抗的电气元件。

2.4 网络应用模块

网络应用模块,网络应用模块是基于母线/支路模型来进行计算的模块,典型的有潮流计算、状态估计、负荷预测等等。目前国内已经进行了几次有关CIM模型的互操作实验[7,8,9,10],在EMS系统外部增加符合CIM标准的应用程序接口,利用XML文档作为网络应用的中间文件,在潮流计算或状态估计等过程中,XML文档既作为自定义数据存储文件的目标输出文件,也作为潮流计算和状态估计的数据源文件。同时,对于该模块,也可以使用现有的计算软件,如PSS/E、BPA、PSASP等,设计特定的模块适配器并封装形成网络应用服务。

2.5 可视化实现模块

可视化实现模块是将电力系统运行状态进行形象显示从而达到便利监控效果的功能模块。在企业运算服务总线的信息架构中,可视化实现模块处理的图形数据来自不同异构平台的应用系统,对于SVG文件数据描述的统一,可以利用RDF Schema的XML文件元数据定义规则,由于SVG本身也是一种基于XML标准的格式文件,因此在RDF Schema的数据映射模式下,可以将SVG文件中的数据描述转换到符合CIM标准的命名规则和关联关系,当SVG文件数据发生变化时,通过运算服务总线上挂接适配器的消息转换机制,使其他SVG应用进行相应的刷新操作。这种SVG的CIM应用使得异构图形系统之间也具备交互的通信方式。

3 某电网公司运算服务应用

3.1 总线部署的运算数据集成

数据集成是将不同来源与格式的数据逻辑上或物理上进行集成的过程,过去该公司不同系统中的电网运算信息没有集中存储,因而不同数据源之间的信息很难相互对应和匹配,部分系统短期内难以提供直接的访问接口,例如调度自动化系统中的历史数据和实时数据,很多业务系统都想使用,但是访问时存在一定的困难。通过运算数据集成,可以将这些数据抽取到UIP(Utility Integration Bus)的统一数据库,进而可以封装成SOA服务,提供标准的访问接口应用。

从该公司的信息应用布局分析,运算数据源按照格式主要分为:1)CIM/XML文档文件,如EMS系统导出的电网模型。2)数据文本文件,如EMS系统导出的实时断面文件。3)运方和调度使用的数据,如调度DMIS系统中的历史相关生产数据。4)SAP(Systems Applications and Products)系统,如资产财务、营销管理等相关数据。5)发布在企业运算服务总线上的服务,例如调度自动化系统可能将模型和数据访问封装成服务。

运算数据集成的主要处理流程如图5所示。首先根据数据应用(如辅助决策以及规划应用)的需求,分析需要集成的数据,并确定数据来源,该来源可能是某业务系统,也可能是发布在企业运算服务总线上的某个服务;然后设计集成数据的模式,并确定数据从源系统到数据仓库的抽取、清洗、转换逻辑,例如在实现设备的统一编码之前我们需要处理设备的编码转换;之后定制数据抽取、转换和导入过程,将数据从各业务系统集成到数据仓库。集成到数据仓库中的数据,一方面供辅助决策使用,另一方面通过企业运算服务总线等方式发布出来,供其他应用使用。

3.2 总线运算通信应用

目前该电网公司搭建完成基于IBM Web Sphere Message Broker(WMB)产品的企业运算服务总线,相对于BEA公司的Aqua Logic Service Bus,根据第三方机构性能评测显示,在轻负荷时两者性能相差不大,但是在并发用户数增加的情况下,IBM Web Sphere Message Broker的处理能力更强,而对比SAP公司的产品Net Weaver,WMB则在通信性能和支持异构系统集成方面更胜一筹。作为企业异构应用消息通信体系的主要联络,IBM WMB的功能主要有接收并发路由消息、转换消息格式、给服务订阅者发布消息、访问外部数据库处理增量消息或存储消息、事件应答和错误处理机制。

如图6所示,目前组建的WMB结构由两部分组成,一是服务消息代理的开发环境,它是基于Eclipse开发环境,开发人员或维护管理人员可以利用他进行代理应用程序开发和代理部署、管理;二是服务代理域,代理域里面有两个关键部件,配置管理器和消息处理器,对消息处理器的管理和维护工作都是通过配置管理器完成的,而消息处理器则是总线消息处理的核心单元,它主要包括路由配置、格式转换、异构匹配等功能部件。

如图7所示,当完成作为应用消息通信联络的企业运算服务总线组建后,各模块的应用程序依据IEC61968标准定义特定状态的事件信息,通过运算服务总线实现与其他应用程序之间的通信,例如总线上的PSS/E计算应用服务,该应用程序作为网络应用模块的一种高级应用,它首先经运算服务总线从模型模块中获取计算的必要信息,如母线/支路模型等等,根据这些信息进行CIM标准的数据与PSS/E私有数据进行转换,最后将计算结果再转换成量测数据进行保存。在规划场景需求应用的过程中,转换后的量测数据以断面文件的形式存储,而规划应用是基于某个断面开展的,那么可以认为某个断面就是一个CIM全模型,在此基础上增加一系列增量文件,通过增量文件和全模型的合并,来获得某个断面上的规划态。

CIM模型转换PSS/E文件的过程主要是将CIM中的母线/支路模型转换成开关/节点模型,然后将量测文件中的数据挂接到相应的各个设备中去,它包括以下几方面:

1)转换标识符。在规划计算应用中标识符的转换保留当前规划结果,例如预设的母线号,这不同于运行中的母线名。规划和运行实体(不同时间段中相同的实时对象)之间的关系需要表示。

2)转换运行设备到规划设备。这需要映射两个模型间的设备(设备到设备),这个映射将不只是简单的一对一映射。不同类型的运行实体将映射到同一个规划实体,例如串联电容器和电抗器同样映射到支路部件。

3)等值负荷模型的转换。运行和规划模型可能在不同的层次上表示电网模型,当转换一个运行模型到规划模型时,方法是用一个等值负荷来表示。

4)转换网络状态。规划应用中增量模型的获取,这需要运行模型提供规划网络的一些必须值,如量测数据和设备参数。

4 结语

企业服务总线与功能模块相结合的运算服务框架是目前电力企业信息化异构融合的可行解决方案,ESB原理和网络服务技术通过消息转换、事件注册和服务请求的业务逻辑方式集成各类嵌入式运算应用,打破企业内部各业务部门之间应用系统联系相对封闭的状态。应用CIM进行运算服务整合使得电网公司信息化再上新台阶,并作为构建信息化完整体系之一,目前已经取得初步实现,使企业获得不错的效能提升和经济效益。

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模块架构 第2篇

摘 要：云梯消防车是我国消防工作中普遍应用的大型设备，它的结构类似于大型汽车，但和汽车的工作条件和环境却存在较大差异。特别是在复杂火灾现场则要求消防车要能在各种高角度安全可靠的灵活运转。

关键词：云梯消防车；功能模块；协同设计

我国在很早开始就自主研究消防车，自1932年震旦机器工厂最早生产出我国第一辆消防车后，国内就开始广泛研究云梯消防车。但我国还没有掌握此类消防车的关键技术，还需通过学习国外先进技术及自主深刻研究后提高我国消防车研发的技术，最终满足市场需求。

1.云梯消防车整体结构概述

云梯消防车主要由上车和下车部分构成，其中上车由上车消防系统、上车液压系统、电缆液压输送系统、臂架变幅系统、安全装置、平台调平系统、工作平台、臂架系统及回转系统及相应云梯系统和照明系统。下车系统由支腿、消防系统、下车电器系统、液压系统、走台板和动力系统等（具体如图1所示）。具体结构分为以下部分：①消防车的底盘：消防车深处的环境十分复杂，要救援各种危机情况，因此要求此类车辆有较高的灵活性，能安全快速地抵达救援现场，所以要慎重选择底盘。②消防车的支腿、副车架：副车架是消防车主要承载平台，它通过支腿将消防车承载的负荷都转移到地面。副车架的构成可分为整体箱和平面内框架形式，通常会安装很多斜梁与横梁于车架之间，以此加强副车架刚性。③消防车的臂架系统：该部分是消防车的主要工作区域，尤其在工作时，云梯臂会通过臂架的伸缩幅完成一定高度的救援。④消防车的回转平台：该部分主要对上车与下车进行连接，回转转台上安装了臂架系统、上车液压系统、回转系统及变幅系统，因此要求转台有较高的强度和刚度，以此更好地适应操纵运抵消防车臂架系统的左右回转。⑤消防车的调平系统：工作平台在消防车工作中有一定的倾斜角度，并没有处于水平状态，消防车的调平机构在此时就发挥作用使其实时产生相反的转动，保证工作转台可达到水平状态。

2.基于协同设计的云梯消防车功能模块化体系架构

2.1云梯消防车协同概念

概念设计最能直接体现功能，从最初产品功能设定的目标的分解到各子功能的解析，最终综合方案得出结论，通过技术评价在此过程中选择最佳方案。图1为概念设计过程。

功能定义功能分解子功能原理解经济技术评价综合方案

图1协同概念设计

从图1可得知，功能和模块在整体设计中都具有不同结构特征及相同功能互换等单元要素。每个功能模块能表征对子问题进行设计且具备独立管理数据能力。通过在对象中封建数据和方法面向对象方法所构建的模块耦合度小、模块内聚度大的功能模块。根据简单实用的设计原则和概念设计思想并综合云梯消防车常规设计的设计过程中可设计出图2云梯消防车功能模块化体系构架。

从图2可知，分布式功能模块又三层客户结构和服务器组成，主要指用户在模块运行过程中通过客户端对应用服务器的模块发出服务请求后从数据服务器获取功能模块所需数据，之后将运算数据结果返至客户端。但这种方式需反复修改后续功能模块，直到达到最初设计目标为止。同时要充分考虑设计过程中可能存在的不确定参数数据和数据重用问题，最后分析数据得到与功能相关的体系架构。

2.2云梯消防车功能模块化体系架构设计

2.2.1客户端：本文主要基于Web图形用户界面研究云梯消防车功能模块化，用户在发送消息到相应应用服务器终端时序只有通过该界面才能进入功能模块。

通过ASP、HTML等实现应用服务器前端，用ActiveX实现后端。

2.2.2数据库服务器：每个模块的分布式功能之间的信息都有紧密的联系，在传递信息时都会通过共享云梯消防车信息模型数据库，同时子啊实现信息交互和通信时利用SQL语句云梯消防车信息模型，把相关设计结果和从数据库获取数据信息一起输入到云梯消防车信息模型数据库中。在记录各种历史数据时通常采用MicrosoftAccess数据库。在读取数据方面先用GetCoileet获取记录指针指定的字段名，之后采用MoveNext移动至下个记录位置。在插入记录方面采用ddNew（）和PutCollect（“字段”名，值）的方式分别新增一个空记录和输入每个字段的值，最后将数据值更新至数据库中。

2.2.3应用服务器：实现应用服务器的框架结构主要采用VisualC++，设计者可通过框架集成和封装机理快速建造功能模块，以及管理云梯消防车信息模型数据库、模块之间的连接及信息交互等不同方面数据。每个模块在实现信息交互和协同设计时可通过共享云梯消防车信息模型数据库。具体设计操作为，首先启动画面，软件启动实现还需借助组件库中的SplashScreen组件，其次借助编号的CGfxOutBarCtrl控件和类似QQ抽屉菜单界面设计图实现单文档多视图。第三结构优化，在MA—TLAB下建立COM组件，Visualc++建立的当前工程的目录下复制建立COM组件时生成的源文件，设置预编译头文件，连接、运行。

3.冲突消解

无论是概念设计还是协同设计，整个过程中都不可缺少信息、组织及过程的集成，在设计分布式概念时序不同领域和多学科技术人员共同参与，概念设计和协同设计的结合一定程度上能提高产品的市场竞争力，增强不同领域设计人员的磨合，进而提升工作效。但合作的过程中必然会因对产品的考虑角度、评价标准等有不同间接，这种相互制约和影响的关系长期以往会产生矛盾冲突。因此概念设计和协同设计主要利用模糊数学理论转化语言评价信息，之后对产生的模糊数进行运算和分析，消解二者之间出现的冲突。

4.结语

综上所述，本文主要基于协同设计角度研究云梯消防车功能模块，通过共享云梯消防车信息实现各个分布式功能模块信息和数据的协同、交互设计，除了便于优化设计结构，一定程度上还减轻了设计人员的工作负担。

参考文献：

[1]习宁刚，张晓钟，罗丹，陈云.基于模块化的云梯消防车协同设计研究[J].机械设计与制造，2013，02：29-31.

模块架构 第3篇

关键词：有线电视监管前端设备,监管前端设备架构有线数字电视信号,有线模拟电视信号,CPCI,集中控制

0引言

本文着重介绍了有线数字电视监管前端设备技术架构, 并在此基础上提出了前端设备硬件模块化和中央平台集中控制的思路, 探讨了在数字电视监管设备中兼容有线模拟信号的混合监测模式, 希望对有线电视监管前端设备的架构设计有所参考。

1全国有线数字电视监管平台架构

1.1监管平台总体架构

全国有线数字电视监管平台由中央监管平台系统和位于全国各地级以上城市的有线数字电视监管前端设备构成, 依赖全国有线广播电视监测网基础网络, 系统可实时监看、录制并回放当地播出的有线电视节目, 实现对播出内容、播出质量进行监管, 并实时上报重要异态, 为安全播出管理提供了技术保障。

中央监管平台通过专用监测网网络, 将操作指令发送至监管前端设备, 前端设备负责接收当地有线数字电视信号, 根据指令实时回传视频信息, 或对特定的节目进行本地录制存储等。前端设备可定时采集PSI/SI、EPG等技术信息, 也可采集CAS/SMS等业务信息, 也可根据预设的报警门限发现射频信号层、码流层及音视频层的异态并上报至中央监管平台。

监管前端设备是全国有线数字电视监管平台的重要组成部分, 具有视频回传、码流监测、数据采集、频谱测量等功能。监管前端设备根据全国有线数字电视监管平台使用的接口规范, 接收并执行中央监管平台下发的各种指令, 并通过专用监测网网络将数据回传。通过监管前端设备可以完成对有线数字电视信号的实时监看、频道录制、视音频指标监测、数据采集解析、指标监测。

1.2监管前端设备硬件架构

目前数字电视监管前端设备由多个设备厂商提供, 系统架构、硬件组成各有不同, 但基本结构多由主机模块、解调及解扰模块、转码模块、存储模块、交换模块组成, 监管前端设备硬件架构图如图1。

1.主机模块:完成对整套监管前端的控制工作, 根据全国有线数字电视监管平台使用的接口规范与中央监管平台进行指令的交互, 调度设备资源, 完成CAS/SMS数据上报等功能;

2.解调及解扰模块:完成对输入的信号进行调谐、解调、信道解码及解扰。经调谐模块将射频信号下变频为中频信号, 经过滤波、放大、A/D转换为数字信号后, 再由QAM解调模块进行解调, 输出MPEG TS流, 通过设备中的CAM卡进行解扰 (CAM卡内部插有当地有线电视网络传输机构提供的解扰IC卡) , 最后输出TS清流;

3.转码模块:完成对视频格式进行重新压缩。由于数字电视节目码流高, 现有的监测网网络带宽有限, 需对视频压缩编码后传输;

4.存储模块:主要负责保存前端设备中的录像视频。录像通常可在存储设备中以文件的形式保留数天, 待中央监管平台远程调取;

5.交换模块:实现前端设备内部数据的信息交换。射频信号经过处理后以TS over IP的形式内部传输。

1.3监管前端设备控制机制

中央监管平台与监管前端设备之间的数据交换应符合全国有线数字电视监管平台使用的接口规范。中央监管平台向特定前端下发的指令无须指定特定资源, 资源的分配由前端自行决定。实现这一功能的是监管前端设备中的主机模块, 它负责接收、发送与中央监管平台交互的协议, 也负责对本地资源的分配。

由于有线数字电视监管前端设备由多家设备提供商提供, 设备的异构性导致了对资源的调配方式、调配效率等不同, 这些差异取决于不同种类设备的内部机制。尽管存在内部的差别, 各种监管前端设备对中央监管平台系统的接口仍然保持统一。这种类似于“黑盒”的监管前端设备架构, 在有线数字电视监管前端设备发展初期, 在异构的前端设备与中央监管平台之间保持了良好的通用性与兼容性。

中央平台对前端下发监测指令时只包含监测的频率、PID等必要信息, 不指定该操作在何硬件资源上执行。

有线数字电视监管前端设备配置至少32个功能完全相同的解调与解扰模块, 每个模块独立工作, 每个模块可对一个8MHz带宽的有线数字电视频带操作, 这些模块对上层监测业务不可见, 上层业务不需指定执行操作的资源。

2监管前端传统架构现存问题

2.1前端设备容错能力较弱

传统控制及交互方式虽然在有线数字电视监管前端设备发展初期体现出了良好的通用性与兼容性, 但随着数字电视监管业务的不断发展, 对监测前端的要求逐步提高, 现已暴露出一些不足。

在以主机模块作为前端设备总控制、以存储模块作为前端设备集中存储的模式下, 设备不可避免地存在单点故障风险。在实际的工作中, 经常遇到设备主机遇到硬件故障或软件瘫痪导致与中央平台协议交互失败, 或由于存储录像文件的存储盘阵失效导致所有录像功能均不可用。

由于监管前端设备需要36524小时的不间断运行, 故障率会随运行时间增加而上升, 且设备大多在远程机房内运行, 很难及时现场维护, 这要求前端设备具备一定的容错能力, 能在部分组件出现故障时前端仍可用。前端现有结构的主机及存储模块的单点设计无法实现对设备容错性的要求, 需要考虑对其功能进行分布式设计, 将功能分布于各个子模块内, 避免设备内出现可导致全局故障的功能模块, 从而提高设备的容错性。

2.2中央监管平台对前端设备资源的控制能力弱

数字监管前端设备内部需要配置解扰CAM卡, 其功能是对已加扰的TS流进行解扰操作。在数字监管设备发展初期, 特别是CAM解扰大卡主流的解扰能力尚为单路流时, 一张CAM卡基本上可视为仅能处理单一8MHz标准数字电视频带下的一路数字电视节目。随着多路CAM解扰大卡的成熟, 一个CAM卡现可处理单一8MHz标准数字电视频带下的多路数字电视节目。

如果设备配备M个通路, 每个通路中CAM卡解扰能力为N路, 则前端设备解扰节目数量的理论上限为MN。若N个电视节目在相同的8MHz频带下传输, 监测前端设备便可只用一个CAM通路完成节目的监看或录制工作。

尽管现有的前端设备具备一定的资源调度能力, 但当发生CAM通路的IC卡授权到期、板卡运行不稳定、输入信号误码率较高等特殊情况时, 前端设备不能动态调整资源的使用, 无法自动避免使用健康度较低的资源。另外, 因数字监管前端设备提供厂商较多, 不同设备间存在异构性, 这加大了资源调度的复杂性, 导致中央平台很难对设备资源进行控制。解决这些难题的有效办法是对前端设备资源进行逻辑分层, 消除异构设备间的差异, 从而达到资源全局控制的目的。

3新架构设计总体思路

3.1监管前端设备模块化

为增强监管前端设备的容错能力, 设备应能在部分模块异常的情况下保证其它资源可用。从监管前端设备的架构角度讲, 一种行之有效的方法是将前端设备模块化, 将硬件资源划分为多个子模块, 每个子模块都包括只控制自身运作的控制功能、解调、解扰、编码、存储等模块, 子模块之间相互独立。

监管前端设备可以采用基于CPCI (Compact Peripheral Component Interconnect) 的架构。该架构是PCI国际工业计算机制造者联合会提出的总线接口标准, 是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线, 具有较高的可靠性, 与监管前端新架构中模块化概念吻合, 基于CPCI的监管前端设备架构图如图2。

基于上述考虑, 前端设备的控制功能、解调、解扰、编码、存储等模块均独立存在于CPCI架构中各单一的扩展板之上。监管前端设备的监测硬件资源等于多个相同功能的子系统硬件之和, 这样, 设备监测能力的扩展性好, 可以通过添加子系统硬件实现。

各子系统应有独立的IP地址, 中央监管平台可在上层针对前端设备所有硬件资源进行全局控制, 将现有架构中的主机控制模块和存储模块的功能分布于独立的子系统内, 确保前端设备不会因单点失效而瘫痪, 从而提高设备整体的的可靠性。

3.2中央监管平台集中控制监管前端设备资源

为实现中央监管平台对前端设备资源的统一控制, 消除现有异构设备间的差异, 可在逻辑上对监管前端设备的资源进行抽象分层, 分为板卡层、物理通道层、逻辑通道层, 前端设备资源的抽象分层如图3。

1.板卡层:用于安置CAM槽位的物理电路板。如部分使用CPCI架构的前端设备中的单块板卡;

2.物理通道层:对单个数字电视频带进行处理的最小单位, 其数量对应着CAM解扰卡的个数;

3.逻辑通道层:单张CAM卡同时解扰的多路TS流。

通过对资源进行抽象分层, 可实现对不同级别的资源控制。当前端设备采用CPCI架构后, 板卡层就对应多个设备子模块 (CPCI扩展卡) ;物理通道对应单张CPCI扩展卡上的N块解扰CAM卡;逻辑通道对应各解扰通路同时解扰的电视节目。

中央监管平台向监测前端设备下发操作指令时可指定所用硬件资源, 需在全国有线数字电视监管平台使用的接口规范中原有信息不变的基础上, 明确所用的资源。监管前端设备通过定期扫描当地数字有线电视信号中的PSI/SI信息, 可预先得知频点、节目、EPG等信息, 这些信息存储在中央监管平台数据库中。中央监管平台可针对每一前端建立资源分配情况表, 实时存储各层资源的任务分配情况, 当所要监看或录制的节目所在频点已经有物理通道锁定, 且上层逻辑通道尚有空闲资源时, 便可直接调度该逻辑通道执行相关任务。

4模块化的前端设备数模信号混合监测思路

当前, 我国地市级有线电视网络传输机构正在进行有线数字电视整体转换工作。尽管有线模拟电视用户数量、规模逐年萎缩, 但在数字电视整体转换工作的过渡时期, 各地市级有线电视网络传输机构仍会保留至少6套有线模拟电视信号, 对这些信号的监测监管工作仍会继续。现有的有线模拟电视监测前端设备硬件虽可支持20路信号, 但随着各地有线模拟信号数量的减少, 设备硬件资源浪费的情况日益凸显。针对有线模拟信号数量较少的地市, 可以考虑将有线数字与模拟信号的监测功能集成在一套前端设备中, 实现两种信号的混合监测。

在前端设备独立化的思路下, 前端设备中的多个CPCI板卡设备可以针对信号中的不同频点进行监测, 共享同一射频信号输入, 且各CPCI板卡独立工作。考虑到有线模拟信号与有线数字信号监测的信号源相同, 所以可将部分原用于监测数字信号的CPCI板卡替换为监测模拟信号的CPCI板卡。监测不同种类信号的CPCI板卡都各自拥有独立的IP地址, 可分别纳入不同的监测系统中进行管理, 从而达到模拟与数字信号混合监测的目的。

模拟与数字混合监测设备只需一套便可完成原来两套设备的功能, 设备总体积减少, 总功耗降低, 为前端设备机房节约了宝贵的机柜空间资源和电力资源, 同时也可降低了监测设备的总成本和维护工作量。

5结束语

模块架构 第4篇

一、金融服务模块化创新意义

金融服务产业作为我国经济的重要组成部分,在当前新的金融形势面前,其所面对的挑战与压力是巨大的,如何提高金融服务的效率,如何满足客户不断增长的个性化需求是金融服务业当前继续解决的迫切问题。要解决这两项问题,首先要提升金融服务的标准化程度,而标准化的本质目的就是在于获得最佳的效率与效益,其中模块化的运用便是标准化开展应用的过程。其次,金融服务不同于其他产业,其产品具有独特的属性,要想满足不同客户的广泛需求,也不能仅仅依靠标准化,为了使得在最大限度满足客户需求的同时而又降低成本,进行模块化创新组合也成为一个有效的手段。因此,只有金融服务模块化创新才能实现金融服务的最大效率以及最大规模。

二、基于模块组合的金融服务模块分类

金融服务产业不同于传统企业的结构,而金融服务模块化的创新也是与其产业结构特点密切相联系的,依据金融服务产业结构的特点,可以将其模块划分为基础模块,结构模块以及功能模块,因而金融服务模块化的创新要立足与行业本身的特点。

(一)基础模块是实现金融服务的支撑平台

金融服务行业作为一个数字密集型行业,其服务本身不涉及传统企业经营的实际物品的流通,金融服务完全基于数字化,涉及到的都是一些数字、符号、文字等信息的传递与处理,而这一特点就决定了金融服务需要依托于先进的现代科技计算机技术,例如数据存储、OLAP以及数据挖掘等,换而言之,展开金融服务是离不开现代功能的基础条件的,而这一类满足金融服务开展的功能模块,我们可以称之为基础模块,这也是金融服务进行知识化管理的基础。

(二)结构模块是金融服务过程实施的框架

金融服务的内容比起其他行业的服务来说,一个显著的特点便是时间价值非常高,由于利率、汇率或是股价等信息都是瞬息万变的,这就要求金融服务具备较高的时效性,也需要具备很高的服务标准。如何将这些变化快速的反应给客户,就需要对金融服务进行整体科学的服务流程框架设计,如果我们将金融服务看作一个系统,那么这些服务响应或是实施的过程的规则一一对应便是一个个具体的构架单位,这些具体的构架组成了金融服务流程的整体结构框架,我们可以将这一部分支撑金融服务流程执行的模块看作是结构模块。

(三)功能模块是金融服务生效的载体

金融服务为用户提供了不同的需求,用户需要根据自己不同的需求去选择金融服务,而这种需求的交易或完成的过程便是需要通过金融服务的功能来实现,例如收账、交易执行、产权转让、委托服务等操作,这些操作的实现生效都需要金融服务系统具备一定的功能,所有实现这一功能的系统统称为功能模块系统。

三、模块化架构的金融服务创新模式

金融服务是基于基础模块、结构模块以及功能模块相互协同作用而实现的,而其目标在于满足客户需求,那么金融服务的模块化创新也必然是这几项模块的创新,只是创新的侧重点不同,具体来说,可以分为以下几种基本创新模式。

(一)组合式模块化创新

组合式模块化创新是将功能模块以及基础模块进行共享,在已有的基础模块和功能模块基础上对结构模块创新,从而形成新的组合化构架,进而形成新的金融服务产品,这一模式最大的特点是能够优化金融服务的构架类型,将金融服务的流程和规则改变,以任一方式进行配置,减少金融服务系统的内耗,简化金融服务的流程,这一模式适合金融特征复杂的客户。

(二)总线式模块化创新

总线式模块化创新是在结构模块以及基础模块不改变的情况下,对功能模块展开创新,然而功能模块的实现是需要结构模块来加载的,因而这一模式三种模块的共享度都非常高,即要想改变功能模块,就需要在结构模块里进行添加或删除,从而实现功能模块的个性化,用以满足不需求类型的金融客户,这种创新模式简称总线式,这一模式的应用更适合客户发展较快的金融服务单位。

(三)共享式模块化创新

共享式模块化创新是在已有的功能模块和结构模块基础上对基础模块展开创新,此模式的特点是金融服务功能没有改变,而影响功能发挥的基础模块得到了改变,这一模式的主要目标是提高金融服务的效率,这一模式的应用适合服务能够满足与其他客户但是不能满足目标客户需求的金融单位。

四、结束语

总之,模块化构架作为金融服务创新的一个有效手段,通过不同模式的模块化创新,可以及时地把握市场以及客户的需求,在复杂的金融形势面前,才能更好的迎接挑战。当客户需要简化金融特征时,可以进行组合式模块化创新;当客户需要不断更新金融特征时,可以进行总线式模块化创新;当客户需要大幅度改变金融特征时,可以进行共享式模块化创新。

参考文献

[1]王碧君,张晓棠.基于金融模块化的民间金融机构创新[J].活力,2014

模块架构 第5篇

随着信息技术的不断发展, 越来越多的学校各高校纷纷利用在线考试系统进行出题、出卷、考试、评分等工作。在线考试系统的使用极大减少了传统考试中各环节的工作量, 提高了学校运作效率并降低了成本。在享受在线考试系统带来便利的同时, 传统考试中一些阴暗的东西也随之迁移到了在线考试上, 作弊就是其中一种。由于高校机房受空间的限制, 普遍存在座位间距离较近, 考生的作弊行为难以被监考教师发现的情况。这种情况制约了在线考试系统的使用。

1、在线考试中常见的作弊及反作弊手段

从架构上看考试系统可分两类:C/S结构与B/S结构。出于安全性、性能、试题多样性等多方面的考虑, 学校中多题型多课程的通用在线考试系统往往采用C/S模式。下文均以C/S结构的考试端为环境对考试过程中的反作弊行为进行探讨。

在线考试中, 以时间为标准, 作弊可分类如表1所示。作弊可分为考前作弊、考时作弊及考后作弊三个阶段, 每个阶段又有不同的作弊类别。具体的每个作弊类别又可根据条件的不同产生多种衍生形式。如"看他人答案"又可分为"偷看"与"协同作弊"。

为了避免考生在考试过程中利用各种软硬件的缺陷进行作弊, 设计考试系统时往往采用了一定的技术手段对常见作弊手段进行屏蔽。如参考文献[1]就采用了用系统API调用技术、注册表访问技术、消息拦截技术、回调技术、钩子技术等手段来对一些操作进行屏蔽或禁用。

许多在线考试系统采用或部分采用了上述手段, 但仍存在很大的局限:该方法需要在每台机器上进行设置, 复杂度高而安全性不高, 有准备的考生可以很容易地突破系统的限制。例如, 在实践中发现的在采用屏蔽界面的在线考试中有考生通过休眠键或输入法的缺陷切换出了考试系统并实施了作弊行为。这种反作弊方式与传统杀毒软件查杀毒类似, 只有一种新的作弊手段被发现后, 才有可能针对其特性进行反制。然而软件屏蔽的方法往往采用硬编码的方式实现, 在作弊手段层出不穷的今天, 给在线考试反作弊模块的更新维护造成很大的难度。

除了从以上技术手段上进行反作弊外, 许多在线考试系统还从管理的角度进行反作弊。常用方法如表2所示:

管理手段上的反作弊无法阻止考生作弊, 但从大方面上增加了考生作弊的难度。因此作为考试系统的辅助手段目前得到广泛应用。以上的反作弊手段均是在考试前实施, 属于被动防御的范畴, 而且往往采用硬编码的方式实现。如果考生采用一些新方法绕过上面的反作弊手段, 这种静态的手段就不再适用。更为严重的是, 在学风不是很好且具备一定计算机知识的考生群体中, 每当一种新的作弊手段被发现时, 该方法总能很快速流传开。如果为一种新的作弊手段修改一次在线考试系统的源代码, 这在开发上是不可取的。

2、使用专家系统的反作弊

由于作弊手段的快速发展与软件更新速度之间存在着较大的矛盾, 这种矛盾制约了在线考试系统反作弊模块的应用。为了解决这一矛盾, 可以考虑用专家系统解决。

专家系统 (Expert System) [2]是人工智能的重要应用领域之一, 诞生于60年代中期, 现在已经广泛应用于医疗诊断, 地质探矿, 资源配置, 金融服务和军事指挥等领域。知识库和推理机为专家系统的两大组成部分, 知识库与推理机在物理与逻辑上独立, 知识增加与修改, 不会对推理机产生任何的影响, 而推理机的执行不取决于知识的具体内容。

反作弊模块中, 当一种新的作弊行为发生时, 无需修改源代码, 教师、监考人员等领域专家只要通过编辑器就可很方便地编辑知识, 从而实现反作弊手段的升级。

专家系统在反作弊过程中的主要作用是辅助监考人员侦测考试过程中难以发现的作弊动作。监考人员根据专家系统给出的推理过程及事实等内容及时调整监考的重点及策略。专家系统收集到的确定性信息还可以由监考人员作为证据使用, 弥补在线考试中难以取证的不足。

使用专家系统反作弊模块的内容涉及知识库设计、推理机设计、自适应知识自动获取、验证、架构等内容。本文仅研究其架构方面的设计。

3、反作弊模块的系统整体框架

基于专家系统的在线系统反作弊模块整体框架如图1所示, 反作弊模块的核心由推理机、解释机构、知识获取机构、综合数据库、知识库等模块组成。作弊预测与作弊检测都以基本信息模块提供的信息作为基础, 分别产生预测结果和检测结果, 并进行综合分析。其中系统的知识库由作弊预测知识库与作弊检测知识库组成, 知识库的存储采用通用的大型关系数据库, 如Oracle或者SQL Server等。在线系统反作弊模块设计了专门的人机接口, 并能通过它实现对知识的增、删、改等基本操作, 知识获取机构还能够判断知识的完整性、有效性、唯一性。综合数据库中包含考生、试卷、教师、科目等信息的基本信息、答题过程中的违规行为信息、作弊预测与作弊检测的结果和推理过程中产生的中间结论, 某些信息可直接来源于学籍管理系统、教务系统甚至人力资源管理系统等。

3.1作弊检测知识获取子模块设计

对于考生协同作弊, 有如下专家经验:A、B互为邻居、在打乱题序的情况下如果B的答题序列是A的子集, 且A的试题跳转速太快, 则A在看B的答案。这种规则很容易通过知识工程师进行提炼。然而对于一些如答题重叠判断之类的复杂规则而言不易采用规则编辑器输入实现, 而且还加大了推理的深度, 可以考虑通过编码方式将其转化为一个可调用的方法 (函数) , 从而提高专家系统的整体效率。然而在反作弊模块的使用过程中, 不可避免地要不断增加新的规则与事实, 硬编码方式降低了系统的可维护性。为了增加系统的可维护性的同时保持规则的简洁, 设计作弊检测知识获取子模块结构如下图所示, 在知识库与信息录入两层外增加第三层, 即复杂事实判断层。

复杂事实判断层中的各个元素均在物理上对应一个DLL (Dynamic Link Library, 也称为动态链接库、组件、程序集) , 由中间层的事实获取对各DLL进行调用, 然后将DLL的调用结果写入知识库。将各判断层的元素封装, 并以DLL的形式出现后, 中间层的事实获取子模块可以通过.NET的反射机制实现程序集的动态加载。加载格式如下:

Object obj=Assembly.Load ("程序集名称") .Create Instance ("类名") ;

{

Class1 cl= (Class1) obj;

c1.Get Knowledge () ;

}

事实获取子模块可以在需要的时候加载DLL所在文件夹下的所有程序集, 然后调用对应方法进行知识获取。

如果仅实现和DLL物理上的独立而不实现逻辑上的独立, 是无法提升可维护性的。如当将增加了一个Class2类用于判断是否非正常跳转时, 创建了一个新的DLL, 而在中间层的事实获取子模块要增加一个判断的分支。这么一来新增DLL时, 也要更改主程序, 并没有实现维护性的提升。因此事实获取子模块需要进行逻辑上的独立。

为实现逻辑独立, 设计结构如图3:

每个获取事实的元素均创建一个类, 该类从包含GetKnowdedge抽象方法的类Base Class中继承。利用面向对象程序设计的多态性, 就可实现各DLL与中间层逻辑上的独立。在类名与DLL文件取名一致的情况下, 更改DLL调用的格式如下:

Object obj=Assembly.Load ("文件名") .Create Instance ("文件名") ;

Base Class bc= (Base Class) obj;

bc.Get Knowdedge () ;

结束:

在采用上述各手段进行分层后, 知识库可以通过知识编辑器输入一些简洁的规则与事实。而复杂的规则与难以直接输入的事实, 则可通过事实获取子模块实现。事实获取子模块在采用.NET反射机制与面向对象的继承、多态相结合的方法设计后, 实现了物理与逻辑上的独立, 如果有新的复杂事实需要动态获取, 只需要在对应的文件夹增加一个DLL。这样在减少推理深度、提升效率的同时, 又增加了系统的可维护性。

参考文献

[1]田民格.无纸化考试系统防止考生作弊的实现措施[J].三明学院学报, 2007 (12) :456~458

模块架构 第6篇

在雷达、声纳、图像处理等对实时信号处理要求较高的领域, 对通道数量, 数据吞吐量, 运算速度的要求也在不断提高, 这就要求信号处理的处理速度与存储能力必须满足系统的需要。但是传统单处理器系统受到自身特性的限制, 运算速度难以提高, 仍无法满足上述需求。

在此背景下, 本文结合某雷达产品研制的需要, 采用当前主流总线VPX总线, 设计了基于VPX总线多DSP架构的通用信号处理模块, 不但能满足高实时性的要求, 还易于建立一致性的通用平台。

2 系统设计

本模块作为一款标准6U高度的VPX模块, 符合VITA46标准。模块从功能结构划分为:DSP簇电路、专用加速器电路、控制电路、电源电路几部分。DSP簇电路实现模块的信号处理功能, 对VPX接口接收的数据进行并行处理, 并将结果通过VPX总线接口或光纤接口传送出去。专用加速器电路主要用于实现杂波图存储及运算功能, 与DSP簇电路共同完成信号处理功能, 提高系统的运算效率。控制电路主要用于实现DSP簇电路之间的Link Port高速传输切换, 大大提高了系统数据传输的灵活性。由于本模块中的DSP簇电路及专用加速器电路的处理速度及功耗较大, 且电压种类较大, 对电源的品质要求较高, 因此电源电路的合理设计对于信号处理模块稳定可靠地工作具有重要意义。如图1所示。

3 硬件设计

信号处理模块基于标准VPX总线构架, 设计有VPX接口, 外部控制器可通过VPX总线对板卡的DSP的资源进行读写操作。3片TS201芯片构成DSP簇一, 另外3片TS201芯片构成DSP簇二。两个DSP簇及专用加速器之间的数据通过Link Port进行通讯。为了适应平台通用性的需求, 模块还提供光口、网口、串口及GPIO接口, 并提供复位按钮和指示灯。模块电路详细框图如图2所示。

3.1 DSP簇电路

ADI公司的TS201具有高性能的浮点内核与强大的片内总线系统, 更适合构建多DSP架构的信号处理系统, 该芯片的具体性能指标如下所示。

(1) 最高工作主频可达600MHz, 指令周期为1.67ns, 可支持单指令多数据 (SIMD) 操作;

(2) 采用LVDS技术和DDR方式传输数据, 单向最大速率为500MB/s, 数据吞吐量为4GB/s;

(3) 外部总线DMA双向传输速率最高可达1.2GB/s;

(4) 有4个高速Link Port链路口, 每个链路口可提供1.2GB/s的传输速率, 并可同时进行DMA传输;

(5) 可通过共享总线提供无缝连接, 用于片内集成总线的仲裁控制;

(6) 片上SDRAM控制器和片上DMA控制器可提供14条DMA通道。

TS201有外部总线互联及Link Port口互联两种方式。其中, 外部总线互联支持最大8个DSP芯片共享总线, 具有专用的总线仲裁机制。多个DSP共享总线时, 能够自动对各个DSP的总线占用申请根据优先级不同进行仲裁, 可以避免总线操作冲突的问题。

在产品设计上, 该信号处理板采用六片TS201芯片, 其中三片的总线共用, 构成第一簇;另外三片的总线共用, 构成第二簇;每簇配置144MB的SDRAM和128MB的FLASH, 簇内的每个处理器都能访问外部存储器SDRAM。每片TS201处理器有4个独立的Linkport通讯口, 每个Linkport口按双向全双工方式工作, 每个方向的数据宽度为4bit, 最高时钟为500MHz。六片处理器之间数据传输通过TS201芯片的Linkport通讯口来实现。

3.2 专用加速器

在通用信号处理板设计中, 专用加速器主要用于实现杂波图的计算。在硬件设计上, 该芯片通过Linkport与两片TS201连接, 用于实现杂波图数据的交换, 两片SRAM用于背景数据的存储。

专用加速器内部划分的功能模块为:

(1) 接收缓冲FIFO:用于缓冲link_port发送过来的数据。

(2) 计算模块:包括对应的计算模块和选大缓冲区。

(3) 背景数据发送缓冲区:用于缓冲待发送数据, 提高算法效率。

(4) 杂波图计算模块:为了提高计算效率, 采取并行计算模式, 分别对三路数据进行杂波计算。该模块同时含两个计算结果缓冲区, 计算完后将结果写回到SRAM, 同时将新扇区数据写入选大缓冲区, 进行接下来的运算。

在设计中, 杂波图数据存放在外存SRAM中, 存储时以扇区号为检索, 一个扇区号的数据占用204832bit的存储空间, 一个天线扫描周期 (360°) 中各扇区号的数据顺序存放。杂波图实现流程如图3所示。

3.3 时钟设计

由于信号处理模块包含多个需要输入时钟的器件, FPGA连接大量外接器件, 所以合理的分配时钟对于信号处理模块稳定可靠地工作具有重要意义。

设计中, 时钟采用单时钟源经过时钟驱动芯片驱动后提供DSP簇电路、专用加速器和控制FPGA的时钟信号。在PCB布线时, 要求时钟驱动芯片输出端到各个DSP、专用加速芯片及控制FPGA芯片的距离严格等长, 以保证模块运行的稳定性。对于Rocket IO需要的高精度时钟由专用差分晶振提供。

3.4 电源配置

为了保证模块的可靠稳定工作, 模块的电源亦成为一个关键部分。模块输入12V直流电源, 经过4片LTM4620 (单路26A, 双路每路13A) 产生各个TS201、FPGA、存储芯片等器件的供电;Rocket IO对电源有较高的要求, 所以使用专用电源芯片产生所需的电源;TPS51200产生DDR2芯片所需的终止电压与参考电压。

4 系统应用

系统采用专用加速器与多片TS201处理器相结合的设计架构, 对于像杂波图运算这种需要大容量存储运算的模块具有显而易见的优势, 相比于传统的TS201搭建的处理平台, 大大提高了软件执行效率及系统的通过率。同时, 该系统硬件接口通用化, 可作为信号处理的通用处理平台。

以某型号雷达信号处理应用为背景, 以该通用信号处理板为运作平台, 可完成:预处理、数字脉冲压缩、反异步处理、MTD处理、CFAR处理、剩余杂波图、切向检测、目标检测、目标信息提取等功能, 系统应用流程图见图4。

5 结束语

本文介绍了一种基于多DSP架构的通用信号处理模块的设计方法。采用6片TS201处理器, 搭配专用加速处理器的VPX总线形式的信号处理系统, 计算能力强大, 功能丰富, 可以满足信号处理实时处理需求, 且通用性强, 可以用于雷达回波信号的复杂处理, 实现系统功能的扩展和升级。

摘要：介绍了一种基于VPX总线多DSP架构的高性能通用信号处理模块的设计方法。该信号处理模块采用6片TS201处理芯片, 结合1片专用加速处理器和1片XILINX的FPGA控制电路, 完成通用信号处理运算功能, 提供多种外部接口, 从而能够较好的满足信号处理模块通用性, 小型化, 低成本的要求。

关键词：多DSP,TS201,VPX总线,信号处理,通用架构

参考文献

[1]we Meyer-Baese著, 刘凌、胡永生译.数字信号处理的FPGA实现[M].清华大学出版社出版, 2003.

[2]MPC7410 RISC Microprocessor User’s Manual.Digital DNA from Motorola, 2005.

模块架构 第7篇

接入数字世界的互联设备无处不在, 快速发展的技术改变了人们生活方式, 重构企业过时的商业模式, ICT (信息和通信技术) 产业已经由不同的基础设施平台与连接的设备向互联计算生态云计算转变。云计算将改变传统的“游戏规则”, 促进全社会与全行业在各个层面为个人带来创新。任何事物都变成互联计算的设备, 万物互联的新维度将带来巨大、无限的可能性。

随着移动互联网、数据中心和大数据处理等技术的发展, 云计算将成为未来主流的服务提供模式, 传统的工业ICT市场将面临巨大变革。传统工业ICT服务器的构建通常沿袭旧的思维模式, 将计算、存储和I/O资源按最大需求规格封装于一个物理实体内, 其计算、存储和I/O的规格与最大容量往往在设计之初就固定下来, 将来为了满足新的应用需要, 即使很小的变更, 也往往需要对服务器进行重新设计。

那么, 面对工业ICT市场的巨大变革, 如何满足新的应用需求?如何解决工业ICT计算平台所需的灵活扩展、定向加速和可靠性问题?对此, 通信世界全媒体记者专访了凌华科技嵌入式计算产品事业处总经理罗勇博士, 罗勇表示:“云计算的一个根本需求是‘资源按需分配’, 其计算、存储和I/O资源按照不同的应用需求, 随意组合出满足不同计算需求的资源池, 这就要求在设计之初就将计算、存储和I/O分解成不同的模块, 然后再根据具体应用的需求, 将这些独立的模块按需配比组合成一个个物理实体。”

凌华科技与美国风河建立模块化工业云计算架构联盟

具有近20年电信级工业计算机与以太网产品设计及制造经验的凌华科技, 于2016年3月发布了全新的开放式模块化工业云计算架构Modular Industrial Cloud Architecture (简称MICA) , 且为支持SDN (软件定义网络) 和NFV (网络功能虚拟化) 进行了特别的设计, 整合了多种最新的硬件加速技术, 可以加速网络数据包和视频流的处理。所有的功能都整合到了这种开放的、模块化的计算架构中, 满足云计算时代资源按需分配的关键需求, 尤其是在电信网络以及移动互联网行业。

罗勇博士表示, MICA平台采用创新的模块化可扩展设计, 用户可以根据特定应用的需求选择不同功能的模块 (计算节点、交换节点、存储模块和I/O模块) , 然后组合而成一个高度整合的计算平台。为满足SDN的需求, MICA的交换节点使用最新的交换芯片技术, 通过采用更大的TCAM表, 可以实现基于Open Flow的L2/L3/L4快速转发, 满足基于流的编程需求。而对于NFV来说, MICA平台的交换节点和网卡可支持对NVGRE/VXLAN等隧道协议的处理加速。

模块化工业云计算架构作为一种创新架构技术, 需要统一的标准和规范。众所周知, 在一个架构中, 标准和规范的统一非常重要。架构开放的同时只有通过标准化来促进系统的良性发展, 才可以显著提升部署效率, 并降低实施和维护成本。因此, 为推动模块化工业云计算架构的标准化和规范化, 组建策略联盟已是当务之急。

于是, 今年8月30日, 凌华科技与美国风河系统公司宣布在中国上海及美国加州圣何塞成立联合实验室, 并针对NFV建立新的策略联盟。此策略联盟旨在进行服务整合, 在云时代进行资源配置, 为通信和网络行业打造特定的解决方案。

美国风河公司是功能完备的商用级NFV软件平台, 能够为电信网络提供运营商级的超高可靠性和卓越性能。通过将Titanium Server与凌华科技稳固可靠的硬件平台相集成, 不论是在接入侧还是数据中心, 都可以迅速实现NFV功能, 让用户拥有更多的机会, 最大限度地发挥NFV的性能与带宽容量, 同时还能进一步降低成本。以Titanium Server作为软件基础, 整个电信行业都可加速达成NFV目标, 且确保达到运营商级正常运行时间和严苛的可靠性要求。

针对凌华科技与风河公司的合作, 罗勇表示:“为了在NFV应用方面取得切实可行的进展, 跨度广泛的生态系统必不可少。与风河公司携手合作, 通过建立新一代的生态系统以实现NFV的优化, 提供可互操作且标准化的解决方案, 我们就能够帮助ISP加快产品上市速度, 进而帮助电信设备制造商加快布署NFV的速度, 最终推进面向未来的快速低成本功能升级。”

MICA助力云计算实现资源按需分配

随着云计算成为主流服务模式, 凌华科技推出的开放式模块化工业云计算架构究竟如何在大量的数据处理需求与设备成本之间寻找新的解决通道来进行平衡呢?罗勇表示:“模块化工业云计算架构Modular Industrial Cloud Architecture (MICA) 技术在设计之初就将计算、存储和I/O分解为不同的模块, 再根据实际应用需求进行模块的组合。此架构作为创新技术NFV的平台, 实现了高性能云计算功能并解决了可扩展、可靠性问题, 对于云计算基础架构领域而言是一大利好。”

模块化工业云计算架构的初衷将构建下一代视频、网络安全应用等需求放在首位, 因为其采用电信级设计, 又将NFV和SDN等云计算需求放在核心位置, 因此也特别适合构建下一代以虚拟化云计算为基础的各类电信网元。而在下一代视频处理、网络安全设备上, 凌华又提供了以下多种产品。

下一代视频处理设备:MCS-2080及其后续产品将视频的处理能力放在首位, 特别适合构建下一代视频点播服务、智能视频分析、高清视频会议、富媒体社交网络等视频类应用。下一代网络安全设备:包括CSA-7200和CSA-7400等产品, 侧重于网络数据处理和I/O密度, 特别适合构建下一代防护墙、DDo S攻击防御、Web应用防火墙、多业务安全网关、APT防御、BYOD防护等网络安全类应用。除了视频和网络安全设备之外, 模块化工业云计算架构计算平台还可以用于电信大数据处理、各类电信网元的虚拟化部署、无线接入网边缘计算服务器等。

众所周知, 云计算具有两个显著特征, 一是大数据处理, 二是计算和存储主要在云端完成。而大数据中占主导的是视频内容, 视频不仅丰富着我们的日常生活, 而且在云计算时代也将为我们的安全保驾护航。例如:作为安全防范系统的重要组成部分, 视频监控目前正在迈入智能时代, 过去分散的、以人力盯视和事后排查为主的监控模式将一去不复返。

罗勇表示:“新一代的智能视频监控系统, 将引入智能识别算法, 采用云计算大数据模式及时发现安全隐患, 实时进行预警, 而事后的安全排查也将变得和搜索网络视频一样简单。这类应用目前面临的挑战主要是, 在捕捉到低质量视频时, 如何通过视频处理技术提高视频的可视化, 如何设计智能算法提高设备的特征和行为识别能力, 如何利用大数据处理技术索引历史监控视频, 便于将来快速检索目标事件。”

作为视频处理设备, 必须具备视频加速单元用以卸载主处理器的负荷, 因此发源于互联网数据中心的云计算构建规范并不能直接应用于工业云计算设备。而由凌华科技引领的模块化工业云计算架构, 其核心思想正是将互联网数据中心的最新技术, 特别是NFV和SDN引入工业云计算, 并采用了模块化、硬件加速和电信级工业设计, 在提供高性能云计算处理能力的同时, 创新地解决了工业ICT计算平台所需的灵活扩展、定向加速和可靠性问题。

模块架构 第8篇

Klaus Roos:博泽是一家拥有超过百年历史的家族企业。1908年成立, 公司创始人是马克思博泽。1926年公司获得“曲柄式车窗玻璃升降器”专利, 一跃成为汽车工业领域的先驱, 这一角色一直保持至今玻璃升降器和车门系统领域的全球市场领导者, 并通过电动防夹保护装置等在全球范围内树立了行业标准。

1968年博泽开始在德国生产手工打造的椅背可调节式座椅底座。宝马和梅赛德斯是我们在这一领域的首批客户。1979年, 作为欧洲第一家制造商, 博泽开始研发和生产电动座椅调节器, 现在我们是这一领域的欧洲市场领导者。我们已经从零部件制造商发展成为系统供应商, 这意味着我们不仅能供应单个零部件, 同时还为客户提供模块化的完整架构, 以及性价比高的基本款座椅和智能型多功能座椅。我们的产品模块能够快捷实现客户的不同需求用于调节长度、高度、座椅倾斜度、靠背倾斜度等基本功能的任意驱动装置, 均可在舒适度和安全性方面实现有效补充。比如按摩功能或是用于正确定位头枕的传感机构。电子位置存储器和主动式手动座椅高度调节器已经发展成为全球标准。近几年来, 所有这些技术已经应用于第二、三排座椅, 并被成功投放市场。

MC记者:博泽在座椅系统生产过程中有哪些技术创新?

Klaus Roos:为了在所有地区实现统一严格的质量要求, 我们对产品制造流程进行了明确地节点划分:所有研发项目在启动时都举行项目专题讨论会, 汇总客户要求以及公司内部对于新产品的期望, 并制定具有约束力的时间计划。除项目团队之外, 所有相关职能部门均需参加项目专题研讨会。这可充分确保从项目启动之初就全面考虑所有要求, 甚至包括到项目后期才具有重要意义的要求, 比如包装方案、备件供应等。为确保项目按照进度顺利进行, 我们定义了六个质量节点 (Q-Gates) :项目定点认可、方案确认、开发许可、实施许可、批量生产许可、项目关闭。在质量节点的框架范围内, 项目主管必须依照详细的问题清单向上级管理部门介绍自己的成果, 并在各阶段结束时申请批准。

我们在产品设计阶段通常拟定多个方案提议, 汇总各种理念。经过一系列的评估后, 包括有限元分析, 甄选出最有可行性的提案。鉴于开发的风险程度, 我们有时会制作首批手工样件并进行测试。这是因为, 即使在计算机模拟上取得了不少成果, 手工样品依然必不可少。许多产品特性, 如噪声特性、触感、振动等, 只能通过实际部件中进行评估。

技术方案通过后, 我们将根据计算机模拟分析和实际测试情况对设计规范中的要求进行检查。只有当所有结果都达到最佳状态后, 才开始起动量产模具和生产设备。使用首批量产零部件进行接下来的全套认可试验。这是批准进行批量生产的前提条件。客户始终参与此过程, 因为只有这样, 才能确保满足客户的所有需求以及我们自身对于质量的要求。

MC记者:创新是企业发展的不竭动力, 请您谈一谈博泽新产品中所用的新技术。

Klaus Roos:研发出能在未来15年适用于全球汽车平台的座椅骨架之后, 今天我们已经能够明确勾勒出2025年的汽车座椅外观:从轻量化这一持续趋势来看, 未来的汽车座椅会更加轻便和紧凑, 有效节省安装空间。当然, 座椅会最大限度地集成安全功能和舒适功能, 即除了常见的调节功能, 还会配备安全气囊、安全带预收紧装置、电动头枕、电动腰托等。为了应对这些需求, 我们准备了一个支持对所有部件进行持续开发的模块系统。例如我们供应手动和电动的前排座椅骨架, 并根据客户要求对座椅进行个性化配置最高可实现11个方向调节。在此基础上, 博泽拥有了一个良好的开端, 可以使未来的汽车座椅设计更具适应性。

另一趋势是车辆内部空间的灵活性。后排座椅不仅要提高舒适度, 在今天, 它们已经必须能够根据需求进行拆分、移动和折叠。后排座椅骨架的完全电动化只是一个时间问题, 因为一辆汽车的使用价值越来越多地取决于内部空间的功能性。通过电动调节部件、电子控制系统和传感装置的协同工作, 可以满足人们对于载物空间和座椅舒适度的所有要求, 在最佳情况下甚至可以减轻重量。

基于对车辆内部空间附加功能和个性化解决方案需求量的不断增加, 从大约四年前开始, 我们就已着手将前排座椅的系统功能应用于第二、三排座椅。这样做的理由是:使用我们座椅模块中成熟的标准部件可以提供附加的功能性, 而客户能够从已经生产过数百万次的调节系统中获得规模效益。

但这还不够。研发新型后座方案时, 在不增加成本的前提下, 博泽对于轻量化结构进行了充分考量。在去年举办的法兰克福国际车展上, 我们展示了自己在这个领域的解决方案, 此外还有一款后排座椅骨架, 它比同类产品轻约15%。可以选配的电动调节“商务舒适型后座”产品, 针对乘客进行了最佳人体工程学设计, 并且具备电动按摩功能。博泽推出的轻量化座椅骨架, 通过传统与现代材料以及创新的生产工艺相结合来实现, 同时也不会增加成本。在这个方面, 成功的关键在于材料的智能化组合。

MC记者:轻便、节能、环保、舒适与安全是汽车工业的重要任务, 博泽有什么解决方案来应对这些挑战吗?

Klaus Roos:我们的所有研发活动都围绕一个明确的目标进行:尽可能采用轻量化结构, 兼顾安全性与舒适度, 同时不会产生额外的成本。为了通过经济型和智能化方式来协调这看似矛盾的两个方面, 博泽将座椅领域的焦点放在联接技术上, 如粘接、激光焊接、摩擦焊接等。通过这些工艺, 我们将高强度钢、塑料、铝等新型材料高效地结合在一起。此外我们还专注于钢材的不断研发, 使之在更加轻便的同时也更加牢固。但这还不是全部, 在我们的产品领域拥有专业技术知识, 可以满足从单个部件到全套系统的研发和生产。例如我们一直致力于打造更小、更轻的电动机。与传统调节驱动装置相比, 今天这些电动机的重量减少大约30%。

通过继续开发标准部件, 持续优化电动机技术, 以及不断开发新型材料例如高强度钢等, 博泽座椅骨架在过去10年内成功实现减重一半。我们对10年前量产的, 重约30kg的座椅骨架与现在开发的产品进行了比较, 得出如下结论:现在具备同等功能性并可满足更高碰撞要求的座椅骨架, 重量为15kg。这一新产品将很快投入量产。

MC记者:博泽在全球范围内拥有哪些客户?进入中国市场后博泽取得了哪些成就?

Klaus Roos:我们是全球汽车行业的合作伙伴, 为全球80个汽车品牌和超过30家供应商提供机电一体化系统和驱动系统。博泽在23个国家和地区的53处驻地拥有大约2万名员工。我们1995年进入中国市场, 2008年建立了自有座椅研发中心, 之后不断发展壮大。博泽所有产品系列和研发职能均已成功实现本土化。目前博泽已经在中国汽车产业发展最重要的五个区域建立起七座工厂, 大约100人致力于新型座椅产品的研发。上海亚太区总部座椅研发部门拥有自己的测试中心和样品制造车间。这里主要面向亚洲市场, 有针对性地开发零部件和系统。

MC记者:据您预测, 中国汽车市场的未来发展状况如何?您如何看待座椅部件市场的未来发展态势?针对中国市场, 博泽制定了什么样的座椅研发长期规划?

Klaus Roos:中国汽车市场将继续增长, 尤其是中高档汽车的需求量。我们可以明显地感觉到, 用户在质量、安全和舒适性的要求迅速提高。电动汽车和混合动力汽车的重要性显著加强, 对轻量化结构零部件的需求量也明显提高。在所有这些领域中, 我们企业的优势在于:作为机电一体化专家, 我们拥有成熟的市场经验, 而我们研发工作的目标始终是, 在减轻汽车重量的同时, 使驾驶过程更加舒适和安全。博泽的另外一大优势在于, 所有地区的产品都采用面向全球客户的全球化平台的相同生产流程和技术。这使得我们能够在一个全球化的创新网络中, 始终以整个系统为前提, 不断进行部件的继续开发并确保全球产品的卓越品质。

中国市场不仅提高了对安全性的要求, 舒适度 (尤其是后座) 也日渐受到重视。此外, 汽车制造商也越来越多地要求采用轻量化结构解决方案。凭借多年成熟的市场经验以及出色的机电一体化能力, 我们在所有方面都表现出了卓越的能力。我们期待未来在这一市场迎接更多挑战。