國產(chǎn)開源Intel平臺開發(fā)板測試

工控老周

老同事公司開發(fā)了一款開發(fā)套件，說是在2020年底，邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算節(jié)點白皮書1.0》中被評為推薦產(chǎn)品，要了一臺玩玩。

這塊開發(fā)板主要解決工控和邊緣計算領(lǐng)域的痛點。在這個領(lǐng)域，它的一個類似的小伙伴，Intel的NUC系列，銷量不錯，質(zhì)量穩(wěn)定。但使用的大部分是科研院校及系統(tǒng)集成商，需要自己搭配硬件和安裝軟件，在工業(yè)場景下，軟件調(diào)試好，卻不能很好的產(chǎn)品外化。核心板系列可以看做工業(yè)類的NUC產(chǎn)品，且有開源和國產(chǎn)化加持。

開發(fā)套件到底怎么樣？做個開箱測試，感興趣的同學(xué)可以通過結(jié)尾鏈接免費領(lǐng)取測試樣機。

開箱

開發(fā)套件為了滿足客戶開箱即用的需求，自帶電源、內(nèi)存和存儲SSD，這點和UP2和Minnow系列不同：

自帶的內(nèi)存是兩條金士頓4GB 2666MHz DDR4，和64GB的SSD。需要注意的是自帶的SSD是短款基于SATA的SSD，背板上留有兩條M.2的插座，可以自行配備NvME的SSD，來擴展存儲空間和提升性能。

Intel的NUC用作工控，有一個致命弱點：只有一個網(wǎng)口，這極大的限制了NUC的使用環(huán)境。如我搭建的自動測試環(huán)境，本來希望用NUC來做控制主機。但NUC只有一個網(wǎng)口，而我需要主機一個口直連目標服務(wù)器BMC的LAN口，還要一個口連接公司網(wǎng)絡(luò)，好做遠程控制，NUC就不能滿足我的需求。研勤工控開發(fā)套件很好得解決了這個問題，它一次性提供了三個網(wǎng)口，加上背板的M.2可以外接一個Wifi口，一次性滿足絕大多數(shù)應(yīng)用需求：

開發(fā)板采用全透明設(shè)計，內(nèi)部器件細節(jié)一目了然，顏值挺高：

在CPU風扇上方機身上和側(cè)面開有通風孔，散熱沒有問題。開發(fā)板還有個特點，它的機箱螺絲都是內(nèi)六角的，這和它面向工控用戶，即開即用，并不推薦開箱有關(guān)。這和NUC極易開箱設(shè)計不同，不過難不倒我。馬上大卸八塊：

熟悉Minnowboard系列都知道，Minnowboard MAX（Minnow2）主板分為核心板，高速信號擴展板和低速信號擴展板，核心板是開源硬件，而擴展板是閉源的。研勤開發(fā)套件也有這種設(shè)計理念，系統(tǒng)分為核心板和擴展板：

它有兩塊主板通過高速套接口扣接而成，分開是這樣：

CPU、內(nèi)存等核心部分都在核心板上。用于工業(yè)，以穩(wěn)定為主，CPU選型需要比較成熟的型號，所以我手中的這款研勤工控開發(fā)套件選擇Whiskey Lake (WHL，Gen8)。用戶也可以挑選TGL等比較新的型號。整個核心板采用COM-E的Type6的標準尺寸，十分小巧：

正面和背面各有一個SODIMM的內(nèi)存插槽，保證是雙通道的。雙通道設(shè)計可提供高實時控制，及提高人工智能算法的計算性能。外圍板較大：

外圍板接口相當豐富。不但提供了主機背板的所有外圍接口，還提供了額外兩個M.2，一個SD卡接口，兩個COM接口（工控常用）和一個USB2.0口，主板上還看到了熟悉的小螃蟹。

核心板小巧，核心板和外圍板接口標準，這兩點可以讓普通工控用戶可以圍繞核心板做額外定制，按照應(yīng)用場景設(shè)計外圍板。更妙的是，核心板采用Open Hardware的開源硬件設(shè)計理念，在官網(wǎng)開源，這樣用戶完全可以照貓畫虎，很方便設(shè)計出符合用戶需求的工控邊緣計算整機。這和Minnow設(shè)計理念完全一樣，填補了Minnow系列單板終結(jié)開發(fā)后的空白，這點比UP2的設(shè)計理念和對業(yè)界的貢獻要好得多。開發(fā)套件里的這款主板已被Intel收錄為主要的工業(yè)級開發(fā)用的主板，并被授權(quán)使用Intel Inside logo。

軟件和性能

Windows 10下軟件性能

好了，我們把機器組合起來，收集一下運行數(shù)據(jù)吧。我的這款自帶Windows 10，開機速度很快。

因為是采用WHL賽揚SKU，主頻比較低，只有1.8GHz，2核2線程，采用核顯GT1，這和它面向工控有關(guān)。SATA接口的SSD傳輸速度尚可：

至于3D能力，由于核顯、低主頻、少內(nèi)核，成績就很慘了：

研勤工控開發(fā)套件的一個最主要目標使用場景是工業(yè)過程控制，實時性其實是它更看重的指標。衡量一個系統(tǒng)實時性能的重要指標, 是系統(tǒng)從接收一個任務(wù), 到完成改任務(wù)所需要的時間, 其時間變化稱為抖動,。依抖動將實時系統(tǒng)分為, 硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng), 硬實時系統(tǒng)具有更少的抖動。研勤工控開發(fā)板推薦搭配Xenomai實時操作系統(tǒng)，它才能滿足工控系統(tǒng)要求的實時性。從這方面來講，不僅僅是一系列單板，而且是一整個開發(fā)套件。

Xenomai實時操作系統(tǒng)和性能

Xenomai是一個基于Linux平臺的硬實時系統(tǒng)框架，其基本思路是在硬件和標準Linux之間引入一個精簡的高優(yōu)先級實時內(nèi)核, 通過i-pipe完成硬件中斷處理和任務(wù)第一級分配。硬實時任務(wù)由高優(yōu)先級實時內(nèi)核完成, 普通任務(wù)由標準Linux處理. 同時Xenomai還提供一個硬實時開發(fā)框架方便應(yīng)用開發(fā), 另外也提供一個接口適配層,可以適配例如VxWorks, pSOS等應(yīng)用. Xenomai基本系統(tǒng)架構(gòu)如下圖：

開發(fā)套件支持Xenomai框架的硬實時解決方案, 提供基于Linux 4.19 長支持周期內(nèi)核為基礎(chǔ)的Xenomai內(nèi)核安裝包, 內(nèi)核安裝包以deb文件格式提供：

分別是內(nèi)核deb文件, 內(nèi)核調(diào)試信息deb文件, 內(nèi)核頭文件deb文件和libcdeb文件。如果需要使用Xenomai框架，首先在發(fā)套件安裝Ubuntu 18.04 桌面版。整個安裝過程非常簡單和順利, 安裝完畢重啟機器進入系統(tǒng)后, 拷貝上述三個文件, 使用dpkg安裝后重啟操作系統(tǒng), 再次啟動時發(fā)現(xiàn)在Grub啟動高級菜單中增加了”Linux 4.19.59-xenomai”啟動項目, 選擇此項目啟動系統(tǒng), 系統(tǒng)啟動后, 可以通過系統(tǒng)日志文件檢查Xenomai框架已經(jīng)成功運行。

安裝完畢, 現(xiàn)在可以測試一下開發(fā)套件硬件在Xenomai系統(tǒng)下的實時性指標了, 測試使用Xenomai 3.1官方應(yīng)用包的latency測試程序。以250微秒為測試程序運行周期, 連續(xù)運行48小時, 檢查latency測試程序的最大抖動。同時為了模擬系統(tǒng)真實運行環(huán)境, 系統(tǒng)同時運行Qt圖形測試應(yīng)用和使用stress應(yīng)用程序為系統(tǒng)CPU, 內(nèi)存, SSD存儲增加運行負荷。

以下為系統(tǒng)實際運行時截圖：

系統(tǒng)連續(xù)運行48小時, 在這種系統(tǒng)負荷下, latency測試程序的最大抖動時間控制在10微秒以內(nèi)，這個抖動成績非常優(yōu)秀， 完全達到了一個生產(chǎn)過程控制器的實時性需求。

結(jié)論

國內(nèi)Intel平臺開源硬件缺位這么長時間，研勤工控開發(fā)套件的出現(xiàn)正逢其時。我這里也用它搭建了百敖的分布式自動測試平臺。它不僅僅是一系列開源單板，還是一套開發(fā)套件，幫助實現(xiàn)在Intel平臺的工業(yè)使用情境下，實時性的要求。其他還有很多特色服務(wù)，如滿足單板CPU可以定制、BIOS可定制等定制化需求，并可在９０天內(nèi)完成交貨，適用于小批量的邊緣計算設(shè)備，強烈推薦大家試試。對產(chǎn)品感興趣可掃下方二維碼，免費獲取測試樣機。

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