系统能力培养-龙芯

1、age 1工业界对计算机系统人才的需求以及对计算机系统能力培养的支撑龙芯中科2016.5page 2目录人材需求与计算机系统能力培养支撑龙芯概况page 3简介 龙芯中科公司成立于2008年。2010年由北京市政府与中国科学院共同牵头出资改建，旨在将龙芯研发成果产业化、市场化。依托龙芯十年的研发技术，公司着力于开发市场适用的CPU产品和基于龙芯CPU的解决方案，并为客户提供完善的技术支持及售后服务。公司产品GCC办公软件在线应用应用程序IvyBridge浏览器三维图形视频媒体JAVA操作系统（API）CPU（微结构）Cortex-A57GS464E图形系统API（C、Java、JavaScri

2、pt、QT、GIS）ISA（X86、ARM、MIPS、Alpha）工艺模型（标准单元库、高速PHY、流程）65nm28nm40nm22nm2010年应用软件移植到自主CPU上性能有数量级差异主要API性能差3-5倍：如国内JS、Java等程序员数以百万计，但没有Java虚拟机、JS引擎等研制队伍相同主频下比主流X86性能差3-5倍：国内企业主要用ARM CPU“攒”SOC主频差1-2倍：工艺性能差0.5-1倍，物理设计能力差0.5-1倍2015年新发现：应用软件结合自主基础软硬件进行优化，可以成数量级提高性能主要API性能从差3-5倍到基本持平，成为开源的积极参与者，贡献几十万行代码相同主频下

3、从差3-5倍到与AMD性能相当，比Intel尚有30%左右差距主频从差1-2倍到差1倍以内：境内工艺1GHz，境外工艺1.5GHz-2GHz从性能的角度看龙芯CPU生态建设效果page 5龙芯产品优势page 610多年坚持一个平台的自主研发与持续改进大、中、小CPU形成系列平台化、成系列MIPS兼容（永久授权）基础上的自主指令架构LoongISA具备自主微结构设计；完备的芯片前后端设计能力自主可控、技术先进专门的软件研发队伍：BIOS、内核、浏览器、JAVA虚拟机、浏览器、图形图像库、媒体播放等技术开放，大量的基础软件厂商参与支持；开源社区支持坚持软件生态建设市场化运作机制；开放的产业链构建

4、与产业支撑能力建设在商业领域已经有数十万片以上的规模应用服务体系完善、成熟度高page 7龙芯产业化形成了安全类CPU、通用CPU、嵌入式CPU三大产品方向完成几十万套规模的产业化推广，完成GJB可靠性实验产业链合作企业达到上百家，下游客户中基于龙芯CPU的软硬件研发人员达到上万人龙芯应用计算机、服务器信息安全各种定制解决方案2015年媒体公开报道的部分龙芯应用中国首用“龙芯”发射北斗新星（新华网）航天科工建设自主可控计算机系统及应用示范工程（国防科技信息网）龙安联盟首台一体机出炉,东方通等百亿级公司合谋IT国产化（网易新闻）终结外芯垄断 龙芯助力海信画质引擎（搜狐）让信息安全自主可控 曙光发

5、布龙芯家族产品（天极网）东软携手龙芯中科发布首款国家级认证的自主可控千兆防火墙产品（赛迪网）我军首款自主可控手持计算机亮相 采用国产龙芯（环球军事）龙芯打造网络通信、工控安全生态圈迈普推自主可控安全交换机（IT168）航普电子研制出基于龙芯处理器的国产化车载计算机平台（中华网）中国芯2015年最具创新应用产品奖“基于国产龙芯的物联网智能农业系统龙芯1C开源主板启动成功将推家庭无线网关3D打印机等多个开源硬件（网易）走出国门!高手用龙芯打造摩斯电码播放器（驱动之家）page 8合作伙伴-合作双赢，共谋发展page 9龙芯与教育中小学教育-电子教室 超算-曙光5000/6000系列小型高性能计算机

6、-KD、SD系列高校实验平台系列产品page 11目录人才需求与计算机系统能力培养支撑龙芯概况实践是最好的课堂计算机系统具有很强的不可分割性倪院士：信息领域引进、消化、吸收很难？很难分解成一个个模块消化吸收单纯的理论教学无法建立学生的系统认知实践出真知（龙芯公司员工为例）大学有实践经验的能力比较突出南大袁老师的学生在龙芯企业实习自己设计实践不一定比看懂别人的设计更难，并且理解更深刻复杂到一定程度例如软件开发招聘启示-来自51job【任职资格】1.大学本科及以上学历，电子信息、通讯、计算机类相关专业；2.三年以上硬件设计开发经验；3.熟悉使用Orcad等EDA设计工具，较强的通信与I/O硬件电路

7、设计经验；4.具有相关产品开发的成功经验；5.具有良好的沟通能力以及团队协作意识。6.有龙芯、ARM产品之一实际项目开发经验优先；【任职资格】1. 电子信息、通讯、计算机类相关专业大学本科以上学历，两年以上软件开发工作经验；2.具有LINUX系统开发经验；3.具备LINUX驱动编程能力；4.熟悉TCP/IP等网络相关协议，熟悉CAN、rs-485、SPI、USB等通讯协议，；5.优秀的英语听说读写能力；6. 有龙芯、ARM产品之一实际项目开发经验优先；硬件软件人才需求-产业链合作伙伴当前计算机系统专业课程的教学问题各门课程独立规划、知识冗余及衔接脱节。突出原理性、分析式教学方法，缺乏工程性、综

8、合式教学方法。学习简单实验方法，缺乏开发具有工程规模系统的实践。 各课程大多独立设计和实施，知识体系规划缺乏系统性，使学生不能很好地建立完整的计算机系统观念；实践过程中缺乏足够的工程训练规模与难度，难以确保能力有效形成。这些问题在相当程度上影响了我国计算机类专业人才培养质量的进一步提高。也导致我国计算机领域的教育更多的还是教学生如何“用”计算机而不是“造”计算机。 龙芯与系统能力培养为目标的计算机专业课程改革 基于上述现状，龙芯中科技术有限公司联合国内相关计算机科研与教育实力单位，以提高我国计算机基础软硬件领域的教学与应用水平为目标，立足国产“龙芯”MIPS CPU的开放平台，开发了“多功能操

9、作系统教学实验系统”、“体系结构与CPU设计教学实验系统”、“高性能-并行计算教学实验系统”、“嵌入式-物联网综合实验系统”的系列化教学实验系统与平台，弥补我国在系统能力培养教学方面缺乏实验教学仪器的不足，并进行了上述课程的配套实验开发及市场推广，推动更多高校开展计算机专业课程改革。龙芯与系统能力培养为目标的计算机专业课程改革 龙芯通过分享多年在底层设计和制造计算机的优势和经验，目标是教会高校学生不仅仅会“用”，更是要会“造”计算机。自用共享: 自己培养到希望大学为我们培养什么样的人才?与实际教学老师交流、改版，做一款老师真正需要的实验平台。一个功能计算机，一个操作系统，一个编译器高校实验平台

10、系列产品多功能操作系统教学实验系统体系结构与CPU设计教学实验系统高性能-并行计算教学实验系统嵌入式-物联网综合实验系统体系结构与CPU设计教学实验系统 LS-CPU-EXB-001 体系结构与CPU设计教学实验系统是根据高等院校计算机专业本科生及研究生相关专业开设的计算机体系结构、计算机组成原理、数字逻辑、操作系统 等计算机基础软硬件课程的实验教学需要，自主研发，具有自主知识产权的集成实验设计、开发与教学平台。该实验系统围绕计算机系统的基础软硬件专业能力培养，可以满足不同层次院校开设上述课程实验的验证型、综合型、创新型实验教学要求。数字逻辑课程实验介绍实验一：基本门电路与FPGA环境熟悉实验

11、二：组合逻辑电路实验实验三：锁存器、时钟与触发器电路实验实验四：时序逻辑电路实验实验五：存储器实验实验六：数字逻辑综合实验（数字时钟）组成原理、体系结构课程实验介绍实验一 硬件平台入门实验二 软件平台入门实验三 数据运算：定点加法实验四 数据运算：乘法器实验五 寄存器堆实现实验六 ALU模块实现实验七 存储器实验八 单周期CPU实现实验九 多周期CPU实现课程设计 静态5级流水CPU实现课程设计拓展题 完整龙芯CPU系统实现实验箱配套： 配套实验软件、源码 手册、实验指导书（学生版、老师版） 教学用的IP核等体系结构与CPU设计教学实验系统-特点适用于多种基础课程教学计算机体系结构、计算机组成

12、原理、数字逻辑、操作系统“从易到难”的层次化教学设计数字逻辑实验组成原理/体系结构单周期CPU 多周期CPU 完整的可运行标准Linux内核的CPU 龙芯CPU丰富的实验指导案例与方便可调试的系统平台实验教材调试屏：显示、触摸屏输入、硬件驱动仿真平台 实际硬件计算机全系统的运行展示环境CPU全套代码启动BIOS Linux内核文件系统串口、显示接口、以太网、USB等，通过灵活的授权方式提供相关接口控制器模块的IP授权提供业界交流与服务平台LS-OS-EXB-001多功能操作系统教学实验系统 操作系统教学实验平台可应用于计算机操作系统设计与验证环境，如计算机操作系统、LINUX操作系统、编译技术

13、等课程实验教学，弥补与补充其硬件实验环境的不足。促使学生达到巩固提高、融会贯通、能力训练、知识创新的学习效果。本实验系统基于龙芯MIPS多核CPU平台，并对基于BIOS/BootLoader、标准Linux内核以及定制教学内核（如AIMV6）进行源码开放，适用于多种教学层次的需求；并基于该CPU平台可运行标准Linux操作系统，形成一台功能完整的全国产平台计算机，使学生能通过该平台进行扩展实验，达到系统化、工程化实验能力的培养。 本实验系统平台可以支持多种标准的Linux操作系统版本，可在实验平台上安装CentOS、Fedora、Debian等开源Linux操作系统。除此之外，该实验平台还可以

14、安装中标麒麟、中科红旗、普华Linux、深度（Deepin）等国产品牌Linux操作系统。后期还将支持Android、Vxworks等操作系统。 实验系统平台作为一个功能完备的全国产计算机，在操作系统之上还支持数据库（包括如Mysql以及国产数据库等）、办公软件（包括如OpenOffice、国产WPS）、浏览器（包括Chrome、Firefox）、JAVA虚拟机（OPEN JDK）、Eclipse开发工具以及各类编程软件等，可在全国产计算机上进行计算机基础、文字处理系统、C语言设计、数据库、图形库编程、计算机网络与应用、算法与程序设计、网页制作、多媒体技术等多门课程的实验。LS-OS-EXB-

15、001多功能操作系统教学实验系统-实验指导书 Linux内核实践指导书实验一 Linux下Shell脚本编程实验实验二 Makefile文件的编写实验三 Linux内核模块编程实验实验四 增加系统调用实验实验五 获取进程管理与调度信息实验实验六 工作队列实验实验七 定时器实验实验八、Linux驱动程序实验实验九 进程同步实验Linux操作系统实验指导书第一章 进程与线程实验一 fork()创建子进程实验二 线程共享进程中的数据实验三 多线程实现字符统计第二章 传统的进程间通信实验四 信号通信实验实验五 管道通信实验实验六 使用命名管道建立客户/服务器关联程序第三章 System V 的进程间通

16、信实验七 消息队列实现进程间通信实验八 信号量实现进程同步实验九 基于信号量采用多线程技术实现进程同步实验十 共享主存实现进程间通信第四章 页面替换算法实验十一 模拟实现动态分区存储管理第五章 时钟与定时器实验十二 统计进程时间实验十三 通过alarm()实现sleep()函数功能实验十四 基于单定时器实现任意数目的逻辑定时器第六章 网络通信编程实验十五 UDP通信实验实验十六 基于TCP的客户/服务器程序 AIMv6操作系统实验指导书与复旦张亮老师团队一起合作开发，从底层设计一个操作系统，已经基本完成，正在整理出版，分老师版和学生版，对于一般院校可以直接使用，采用填空的方法进行操作系统实验。

17、AIMv6-目标教学操作系统现代化模块化设计跨平台支持教学用内核部件库框架模块间接口基本部件目标AIMv6-特点与上一代教学内核相比，提供一些现代内核常见的机制内存管理：按需换页、写时复制等设备控制：IO 调度等安全：访问控制、ASLR等显式动态链接IPC对必需的机制，同时提供基本实现对余下的机制，预留实现接口和空间，以方便感兴趣的用户日后扩展与上一代教学内核相比，将各种功能组件彻底解耦并进行重构缩小局部调整的影响范围为单个模块的增删和替换提供可能减少教学和实验中的编码工作需求内核是复杂的工程，从头设计和修改已有设计都代价很大一些上层设计很难通过修改代码进行调整AIMv6 将提供一套部件库学生

18、可以依据目标平台和实验要求，选择适当的模块，装配内核按照模块在内核中的地位进行分类：内存分配器、换页选择器、进程调度器、设备驱动等依据此分类设计模块接口考虑现有和潜在算法，确保接口合适AIMv6-模块化教学用内核部件库实验平台交流社区-龙芯开源社区 教学实验系统软硬件逐级源码开放，并为教学老师和学生以及研究人员提供龙芯开源社区作为交流和服务平台。社区提供论坛、百科、BUG管理、邮件列表、镜像源、源码库等多个版块。社区以“开源开发、合作共赢”的开源社区形式进行管理，发布开源社区版Loongnix操作系统及配套软件。通过“源码开放、免费下载”的方式。社区鼓励和支持国内外机构和开源爱好者共同参与龙芯

19、基础软件生态建设。目前，国内主要的基础软件厂商和数量众多的开源爱好者都已经参与到龙芯社区，共同推进龙芯平台基础软件生态的持续发展。龙芯开源社区已有开源项目底层系统软件：kernel、pmon基础设施：C库、数学库、基础图形库、FFmpeg媒体库工具链：GCC、Perf、Oprofile、LLVMAPI与平台软件：Java、Qt图形、Browser浏览器、3D显控、自动化测试工具操作系统平台：Loongnix操作系统、Vxworks龙芯下一步将进一步开放，除软件开源外还将对龙芯主板以及CPU IP核进行开源，通过系列学习，不仅仅可以使用计算机，还可以设计制造计算机，甚至设计属于自己的CPU。教学研讨会及获奖专家寄语page 27 “并行计算”、“计算机体系结构”、“并行程序设计”、“操作系统”等课程是面向计算机专业本科高年级学生及研究生的重要课程。“多路处理器计算机教学实验平台”通过可配置、一体化的实验教学系统设计，为学生提供了针对性的、方便易用的实验环境与平台，强化学生“结构算法编程”一体化学习方法的意识，并激发学生对软硬件学习