（信号与信息处理专业论文）基于方舟cpu的网络计算机开发板设计.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 基于方舟c p u 的网络计算机开发板设计 摘要 网络计算机( n e t w o r kc o m p u t e r ) ，简称n c ，是专用于高速 网络环境下的一种计算机终端设备。它一般不需要硬盘、软驱 及光驱等外部存储器，而是通过网络获取大部分资源，其所需 要的应用程序和数据都存储在服务器上。随着网络技术的不断 快速发展，网络计算机在众多的生产和生活领域中发挥着越来 越重要的作用。这篇硕士论文就是围绕基于方舟c p ug t 2 0 0 0 的网络计算机开发板设计展开的。 本文的第一部分是本论文的选题意义；第二部分分析了现 有计算机应用存在的问题，提出了使用网络计算机解决这些问 题；在第三部分，介绍了网络计算机的工作原理和工作模式， 也提出了此设计所采用的软件结构；第四部分，通过分析网络 计算机的几种典型应用，提出了网络计算机应具有的硬件资 源；在第五部分中，通过考虑各种因素选择了方舟公司生产的 g t 2 0 0 0 作为此设计的c p u 。由于方舟g t 2 0 0 0 对外设的支持非 常优秀，所以之后的设计工作都是围绕g t 2 0 0 0 进行的。 l 太原理工大学硕士研究生学位论文 此设计采用p r o t e l 9 9 s e 做为设计平台，在此平台下可以 方便地进行从原理图到p c b 的设计工作，同时也可以进行详细 的规则设置以确保设计在电器特性上的正确性。由于g t 2 0 0 0 的工作频率较高，为了保证p c b 的可靠性，在设计时参照了 g t 2 0 0 0 对p c b 设计的特殊要求，对p c b 也做了相应的优化。 最后一部分是对开发板进行调试过程。先构建了调试的软 件和硬件平台，然后对开发板的各个功能模块分别进行了调 试，最后提出了对开发板的测试方案。 关键字网络计算机，方舟g t 2 0 0 0 ，开发板设计，系统调试 i i d e s i g n i n go fa r c a - c p u - b a s e d n e t w o r kc o m p u t e rd e v e l o p m e n tb o a r d a b s t r a c t n e t w o r kc o m p u t e r ，a b b r e v i a t e da sn c ，i sak i n do f n e t w o r kt e r m i n a lt h a ti se s p e e i a l l ys u i t a b l e t o h i g h s p e e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t i to f t e nd o e s n th a v ea n y e x t e r n a lm e m o r yl i k eh a r dd i s k ，f l o p p yd i s ko rc d r o ma s i ta c q u i r e sm o s tr e s o u r c e sf r o mn e t w o r k t h ea p p l i c a t i o n p r o g r a m sa n dd a t ai tn e e d sa r es t o r e di ns e r v e r s w i t h t h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r k ，n e t w o r kc o m p u t e ra l s o p l a y sm o r e a n dm o r ec r u c i a lr o l e si nm a n yf i e l d so f m a n u f a c t u r ea n dd a i l yl i f e t h ed e s i g n i n gi nt h i sp a p e r i sm a i n l yb a s e do na r c a sg t 2 0 0 0 i nt h ef i r s tp a r ti ts h o w st h es i g n i f i c a n c eo ft h e i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d y o nn e t w o r k c o m p u t e r i nt h es e c o n d p a r t ， i t a n a l y s e st h ep r o b l e m so fc u r r e n tc o m p u t e ra p p li c a ti o n s a n dt a k e sn e t w o r kc o m p u t e ra sas o l u t i o nt ot h e s e p r o b l e m s i nt h et h i r dp a r t ，i tg i v e sa ni n t r o d u c t i o nt o t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dm o d e so fn e t w o r kc o m p u t e r ，t h e n s p e c i f i e s t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r e a d o p t e d i nt h i s d e s i g n i nt h ef o u r t hp a r t ，b ya n a l y z i n gs e v e r a lt y p i c a l a p p l i c a t i o n s ， i ti n d i c a t e st h ed e t a i l e d h a r d w a r e r e s o u r c e so fn e t w o r k c o m p u t e r i nt h ef if t h p a r t a c c o r d i n gt om a n yf a c t o r si tc h o o s e sg t 2 0 0 0a st h ec p u i nt h i s d e s i g n a sg t 2 0 0 0e x c e l l e n t l ys u p p o r tm a n y e x t e r n a ld e v i c e s ，t h ed e s i g n i n gi sm a i n l yc e n t e r e do ni t t h i sd e s i g nt a k e sp r o t e l 9 9 s ea st h ed e v e l o p m e n t p l a t f o r m ，o nw h i c h i ti s v e r y c o n v e n i e n tt o d e s i g n s c h e m a t i c sa n dp c ba sw e l la ss e ts p e c i f i ce l e c t r o n i c r u l e st oe n s u r ed e s i g n sv a l i d i t y g t 2 0 0 0w o r k sa tv e r y h i g hs p e e d ，s oi ts l s oo p t i m i z e dp c ba c c o r d i n gt ot h e s p e c i a lr e q u i r e m e n to fg t 2 0 0 0 i nt h el a s tp a r t ，i tp r o v i d e st h ep r o c e s so fb o a r d i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 d e b u g g i n g f i r s ti st h ee s t a b l i s h m e n to ft h es o f t w a r ea n d h a r d w a r ed e b u g g i n gp l a t f o r m t h e ni st h e d e b u g g i n g p r o c e s so fs e p a r a t ef u n c t i o nm o d u l e so nt h eb o a r d a t l a s ti tp r o v i d e sat e s t i n gp l a nf o rt h ew h o l eb o a r d k e yw o r d sn e t w o r kc o m p u t e r ，a r c ag t 2 0 0 0 ， d e s i g n i n go fd e v e l o p m e n tb o a r d ，s y s t e md e b u g g i n g v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 ：作及取得的研究成果。n 我所知，除义中特别加以标注和致 测中所罗列的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果；也1 i 包含为获得太原理i ：人学或其它教育机构的 学位或5 m 使用过的材料。与我同厂= 作的同志对本丈研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 木人签名：丝盘盗同期：兰! 些年月上生l j 关于论文使用授权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论 文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存论文( 保密的论文在解密后遵守此规 定) 。 本人签名：盗；盘五 日期：塑! 年上月旦- 日 导师签名：丛垂望日期：巫年工月l 日 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 本论文选题的意义 第一章绪论 网络计算机( n e t w o r kc o m p u t e r ) ，简称n c ，是专用于高速网络环境 下的一种计算机终端设备。它一般不需要硬盘、软驱及光驱等外部存储 器，而是通过网络获取大部分资源，其所需要的应用程序和数据都存储 在服务器上。 网络计算机由于成本低，易管理、安全性高等特点在教育系统、办公 自动化和窗口行业服务等集中式计算机应用领域中有着广阔的发展前 景。近年来随着网络技术的快速发展，网络计算机的应用环境日趋成熟， 在国外己实现了应用上的快速普及。在我国，由于国产芯片技术和l i n u x 操作系统的不断突破，发展具有我国自主知识产权的网络计算机产业的 条件基本成熟。 发展网络计算机不仅有利于开发具有自主知识产权的技术，还能够 极大地加速我国信息化步伐并做到多快好省又安全，能够促进我国计算 机产业、信息产业的快速发展和技术升级。 首先，推广网络计算机可以大大降低信息化建设成本。在教育、金 融、税务、政务等信息化建设领域广泛采用n c ，可以大幅度减少建设投 资，大大降低系统硬件、软件升级和维护费用。 其次，发展网络计算机有利于提升我国产业核心竞争力。虽然我国 己有很强的计算机生产制造能力，但技术附加值、利润率仍比较低，产 业链的上游、高附加值的环节都被国外公司所控制。这种状况非常不利 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 于产业发展。我们只有尽快发展核心技术，才能掌握产业发展的主动权。 随着国产c p u 的诞生，n c 的推广应用，我们可以形成以自主研发的c p u 芯片为核心的，从硬件到操作系统、应用软件，从芯片到n c 终端、终端 服务器的完整产业链。 第三，发展网络计算机有利于打破w i n t e l 联盟的垄断地位。传统的 p c 经过2 0 多年的发展，已经形成了比较固定的产业链条，微软公司和 i n t e l 公司两个巨头牢牢控制了技术核心。采用自主研发芯片生产的n c ， 将有利于保证信息安全，并可以促使p c 机价格的下降。 本论文就是针对国产c p u 提出了一个网络计算机开发板的设计及其 实现。本设计对网络计算机从设计到实现，从软件到硬件的主要环节进 行研究，设计完成的网络计算机终端开发板功能齐全，支持多种设备， 可以进行多种网络计算机开发的实验工作。在此开发板的基础上进行部 分裁减，就可以快速地开发用于专用场合的网络计算机终端，从而避免 了从头开始研究的问题。 1 2 本论文完成的工作 在关于网络计算机开发板研究的工作中，本论文主要做了以下工作： 首先讨论了网络计算机的工作原理和工作模式：第二通过分析网络 计算机的软件架构，提出了本设计采用的软件结构：第三针对网络计算 机的典型应用，确定了网络计算机应具备的系统硬件资源；第四提出了 本设计采用的硬件架构；第五进行硬件的原理图和p c b 图的设计工作； 最后对完成的网络计算机终端开发板进行了调试工作。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 本论文的组织 第一章是绪论，说明了本论文选题的意义和完成的工作；第二章讨 论了网络计算机的研究现状和发展趋势；第三章研究了网络计算机的软 件架构；第四章分析了网络计算机在不同领域中的应用和硬件需要；第 五章选择满足本设计要求的c p u ，然后围绕它进行网络计算机开发板的 原理图和p c b 设计；第六章是对开发板的基本功能模块的调试工作。最 后对本论文的工作进行了总结。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章网络计算机概述 本章首先讨论了网络计算机应用中存在的问题，然后提出了用网络 计算机解决这些问题，最后讨论了网络计算机的研究现状和发展趋势。 2 1 用网络计算机技术解决现有计算机应用中存在的问题 2 1 1 企事业单位中计算机应用中存在的问题 计算机在企事业单位中扮演着非常重要的角色，计算机已经进入了 单位工作中的各个方面。在这些单位中，基本都采用p c 机加网络的模式， 即单机采用p c 机，然后把这些p c 机连成网络。如下图，p c 和服务器通 过高速局域网联在一起，主要的应用软件装在内部服务器群，w e b 服务 和邮件服务等安装在网络服务器群，网络通过一个公共出口联接到 i n t e r n e te 。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 图2 - 1 现有计算机的应用结构 f i g u r e2 - lt h e a r c h i t e c t u r eo f p r e s e n tc o m p u t e ra p p l i c a t i o n 这种网络结构的实施，使我们熟悉了网络，切身体会了网络，也使 得我们的工作离不开网络。但这种结构也给我们带来了不少麻烦。 投资：这就是我们在现行网络结构上的投资尴尬，p c 没完没了的淘 汰、更新；服务器扩容、淘汰、增加，不堪重负而又不得不为。 安全可靠：我们的网管人员如同救火队员，网络中心的维护责无旁 贷。还有众多的p c 机，桌面系统崩溃、病毒感染、黑客攻击，系统漏洞。 实效性：p c 本地硬盘容量有2 0 g 、4 0 g 、8 0 g 、1 2 0 g 或者更大，配备 c d 或者d v d ，价值在哪? 工作文档在本地保存了，只能带来文件丢失和 信息独占。网络化就是为了信息共享，都放在本地，信息怎么共享，效 率又如何提高? 其实本地硬盘绝大部分用来存储和播放音、视频文件， 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 而且相同的软件，每个p c 都装一个遍，但如果装在服务器端呢? 开发性：普通p c 机所提供的系统是由硬件、驱动程序、操作系统所 构成的一个完整体系。其中，对开发者开放的部分，仅有应用程序接口 ( a p i ) ，其余均为封闭的。对于开发者而言，这样的系统就如同黑匣子， 内部结构一无所知，更不可能自主地修改和设计。在现有系统模式下， 束手束脚的开发者们根本无法自主地根据具体应用进行有针对性的开 发，只能尾随和受控于目前的系统模式，无法超越。 解决这些问题的方法很多，这里就提出来一种比较优秀的解决方法， 即采用网络计算机。 2 i 2 用网络计算机解决现有计算机应用中存在的问题 网络计算机的特点主要有以下几个： 首先是可靠性高，因为用户的文档和资料都存储在服务器端，所以 不会因为突然掉电而丢失重要的资料。用户可以像使用家用电器一样随 意开关机。服务器为每个用户生成各自的硬盘空间，为每个用户内建账 号和私有密码，分配资源，设定权限，使得各用户相互独立而互不干扰。 其次是管理简易，网络计算机用户只要输入自己的账号和密码就可 以访问属于自己的工作环境和文档，而管理员可以在服务器上管理所有 用户。 第三是操作方便，网络计算机操作简单易用，省去了p c 机中安装各 种设备驱动程序等繁琐步骤，用户只需使用服务器上安装的软件即可。 而且，网络计算机能够满足客户复杂的应用需求，支持通用软件，包括 o f f i c e 、w p s 等办公软件，l o t u sn o t e s 、f o x m a i1 、o u t l o o k 等邮件系统， i e 浏览器，等等。 第四是免升级，网络计算机的终端机基本不需要升级，不管是硬件 升级，还是软件升级，都只需在服务器端完成。 6 太原理_ 丁大学硕士研究生学位论文 第五是免维护，网络计算机所有应用软件在服务器端一次安装配置 完成，本身不需要安装任何操作系统和应用软件，不存在操作系统和应 用软件崩溃的问题，硬件稳定可靠，大大降低维护工作量。 第六是功耗低，大多数网络计算机的功率低于1 0 瓦，仅是p c 机的5 左右。 网络计算机的这些特点使它可以很好地解决上节提到的现有计算机 应用中存在的问题。 网络计算机可以有效降低整体拥有成本：它从以下几方面降低了计 算机应用的整体拥有成本( t c o ) ： 初始硬件投资 网络计算机的单台价格远低于p c ，节省了初始硬件投资。 系统软件及应用软件的购置费用 网络计算机只需在服务器端安装好所需的系统软件及应用软件，而 不必为每一个终端都安装这些软件，从而大大减少了这方面的费用。 - 系统软、硬件安装调试费用 系统软件、硬件的安装调试都只针对服务器端，避免了为每台终端 进行系统软、硬件安装调试的大量开销。 硬件维护、升级费用 网络计算机的硬件维护、升级主要集中在服务器端，终端硬件的维 护量很少，在很长的时间内可以是免维护的。相对于p c 机组成的网络 系统减少了很多人力、物力和财力的投入。 系统软件及应用软件维护、升级费用 系统软件和应用软件的维护、升级费用在现有网络系统中占有相当 大的比例，而且网络中的计算机越多这种花费就越大。但在网络计算机 的应用环境中，只需对服务器端进行这项工作，减少了大量的资金。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 系统网络管理费用 由于网络计算机是集中式的管理模式，系统管理集中在服务器端， 从而减轻了系统管理方面的费用负担，也增加了它的安全性和易管理性。 网络计算机可以提供更高的安全性“1 ：由于网络计算机的是集中管理 模式，本地没有硬盘、软驱和光驱等外部存储设备，所以用户不必担心 病毒的危害和信息的泄漏；网络的管理也集中在服务器端，所以网络的 安全性也可以由网络管理员集中管理。 网络计算机提高了计算机使用的实效性：网络计算机在终端这边只 有少量的设备，大部分功能在终端服务器端实现，从而大大加强了终端 计算机的实效性。 提供充分的开放性：国产c p u 已经进入批量生产的实用阶段，l i n u x 软件的开放性也使网络计算机比p c 机有的更大的可开发性。这样，网络 计算机的硬件和软件系统结构就打破了原来i n t e l 的x 8 6 硬件和 m i c r o s o f tw i n d o w s 操作系统的w i n t e l 组合。 有了网络计算机，个人电脑硬件、软件平均利用率低的问题可以迎 刃而解；而开放平台也可以为开发者提供系统修改、裁剪，更可以解决 管理、安装、升级和成本的问题：并可以利用自己独有的技术解决网络 计算机的安全问题。 总之，网络计算机在各方面都很好地解决了现有计算机应用中的问 题，它也必定是计算机和网络发展的趋势。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 网络计算机的研究现状及发展趋势 早在1 9 9 5 年，甲骨文( o r a c l e ) 公司的c e o 拉里艾利森( l a r r y e l l i s o n ) 就提出了网络p c 的概念，即n c 。1 9 9 6 年i b m 等五家公司在 旧金山发布了网络计算机的第一版参考规范网络计算机参考简要特 征。同年十月，m i c r o s o f t 与i n t e l 抢在s u n 前一天联合发表了与n c 类 似的名为n e t p c 的全新计算机平台计划。在一年左右的时间里，各大公 司纷纷提出类似方案或推出样机，但当时n c 并没有象预计的那样如p c 机一样风行起来，当时的网络不像今天普及，常用的局域网的速度只有 1 0 m b p s 。同时n c 本身的技术也不够成熟，n c 需要价格低且功能强大 的硬件芯片和功能强大体积小巧的操作系统的支持。在短时间内设计出 专用于n c 的芯片的条件还不成熟。这些因素在当时阻碍了n c 的发展。 如今随着局域网的数据传输能力大大加强，i n t e m e t 的飞速发展，相 关芯片技术的重要突破，包括l i n u x 操作系统在内的技术的不断进步， n c 已经显示出了强大的生命力。 根据i d c 调查。1 ，世界5 0 0 强公司的8 0 和世界1 0 0 强公司的9 8 都使用了n c ，这一数据反映了市场对n c 的强烈需求；另据其统计，2 0 0 1 年全球n c 采购量为1 4 0 万台n c 的年增长率达7 0 ，远远超过p c 的 增长率。在2 0 0 5 年，全球n c 销量预计将达1 0 0 0 万台以上。 根据c c i d 调查资料0 1 显示，目前中国n c 整体销量虽小但增长很快， 2 0 0 1 年销售2 万多台，与2 0 0 0 年相比，市场增长了3 、4 倍。2 0 0 2 年第 一季度与上年同期相比增长了4 5 倍。随着中国信息化建设的推进，电 子政务、网络教育、企业信息化、智能化社区、软件工厂等领域对n c 的潜在需求量将越来越大。北京市政府已经将自主核心技术的n c 列入 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 政府采购目录，并在某些工程项目中，对n c 进行招标。网络计算机的 推广应用已经成为技术和市场发展的必然趋势。 世界各大公司和研究机构都在大力研究网络计算机及其相关技术。 比较典型的有以下的生产商。 w y s e ( w y s et e c h n o l o g y ) 公司是国际瘦型计算暨国际网络信息 获取产品最大的厂商。美国市场研究机构i d c 的t c ( n c ) 市场调查报 告显示，w y s e 以5 2 的全球市场占有率连续五年处于世界领先位置。 w y s e 公司的产品系列“1 相当丰富，针对不同的应用场合、不同的操 作系统，提出了相当灵活的产品供选择。 “简单型”产品为w y s eb l a z e r 系列：包括具有基本配置的w i n t e r m 1 2 0 0 l e ；标准配置的w i n t e r ml1 2 5 s e 。 “功能型”产品为w i n d o w sc e 系列，包括具有基本配置的w i n t e r m 3 2 3 5 l e ；标准配置的w i n t e r m3 1 2 5 s e 和w i n t e r m3 1 5 0 s e ；可扩展配置 的w i n t e r m3 4 5 5 x l ：集成型配置的w i n t e r m3 6 5 0 x e 。 “适配型”产品为w i n d o w s x p e 系列，包括具有基本配置的w i n t e r m 9 2 3 5 l e ；标准配置的w i n t e r m9 1 5 0 s e ；可扩展配置的w i n t e r m9 4 1 g x l 、 w i n t e r m9 4 5 0 x e 和w i n t e r m9 4 5 5 x l ；集成型配置的w i n t e r m9 6 5 0 x e 。 b i d ( i n t e r n a t i o n a lb u s s i i q e s sm a c h i n e ) 公司是全球第二大n c 生产 商。它的产品分为c a p i oo n e 和e o n 两大系y l j 5 】。 c a p i oo n e 系列包括：c a p i oo n ew i t hl i n u x ，c a p i oo n e w i t hl i n u x e x p a n d e d ，c a p i oo n ew i t hw i n d o w sc e ，c a p i oo n e 、i t hw i n d o w sc e e x p a n d e d ，c a p i oo n e w i t hw i n d o w s x p e 。 e o n 系列包括e o ne 1 0 0w i t hl i n u x ，e o ne 1 0 0w i t hl i n u x ，e x p a n d e d ， e o ne 1 0 0w i n d o w sc e ，e o ne 1 0 0w i n d o w sx p e ，e o ne 1 0 0w i n d o w sx p e ， e x p a n d e d 。 】0 太原理工大学硕士研究生学位论文 s u n ( s u nm i c r o s y s t e m s ，i n c ) 公司也是较大的n c 生j “商之。它 生产的n c 终端产品系y l j 6 1 有：s u nr a yl 、s u nr a 、l g 、s u nr a y1 0 0 、 s u n r a y1 5 0 、s u n r a y1 7 0 。 在国内也有许多生产商在进行网络计算机的研究工作，同时也提出 了自己的产品。在网络计算机所涉及的不同领域都活跃着实力强大的厂 商： 福建实达电脑设备公司“1 的s t a rn c 6 0 0 0 系列、n c 一6 0 1 0 系列和 n c 一6 0 2 0 系列，采用实达通用嵌入式l i n u x 操作系统，支持微软公司的r d p v 5 2 协议及c i t r i x 公司的i c a 协议，连接w i n d o w s2 0 0 0 及w i n d o w s2 0 0 3 终端服务器，支持x 协议，可连接l i n u x 服务器，可扩展t e l n e t 应用， 通过t e l n e t 连接u n i x 主机，可扩展j a v a 应用，支持j 2 e e 构架。 联想集团的网锐系列8 1 ，包括网锐1 2 1 0 ，网锐2 1 1 0 ，网锐2 1 2 0 ，网 锐2 1 4 0 。这些产品支持r d p 协议连接w i n d o w s 终端服务器，如w i n d o w s 2 0 0 3 2 0 0 0 n ts e r v e r ；同时也支持x 协议连接l i n u x 、u n i x 终端服务器。 神州数码控股有限公司乜有多个网络计算机声品系列。主要有： d n c 一7 6 0 0 7 2 0 0 ，d n c 一3 0 0 0 l i ，o n e 一3 0 0 0 l ，d n c 2 4 0 0 2 4 0 0 d ，d n c - 2 0 0 0 2 1 0 0 。 支持r d p 或i c a 协议与终端服务器连搂。 可见，圈内外对网络汁算机的研究都非常重规。它必将在各个领域 得到更加广泛的应剧，对网络计算机的研究也疑育巨大的经济效益和社 会效益。酬络计算机也是未来计算机发展的必然趋势。 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三章网络计算机的工作原理及其软件协议结构 本章首先讨论了网络计算机的工作原理和工作模式；然后根据所选 择的工作模式，提出了本设计中的网络计算机所采用的协议栈及各层协 议的具体实现软件。 3 1 网络计算机的工作原理和工作模式 网络计算机( n c ：n e t w o r kc o m p u t e r ) 的定义是：一种专用于网络 计算环境的瘦客户机( t h i nc l i e n t ) ，它利用网络环境中的软件、硬件 资源和数据存储空间，实现计算机的功能；除了人机交互必要的监视器 和输入设备外，网络计算机没有外部存储设备( 硬盘、软盘驱动器和光盘 驱动器) ，只有少量的扩展端口。如图3 1 所示。 服务器 _ 一 卜 互! o 压蟊薹弱 凡二j f ： f j ；妇i 一? ：j o a j 网络计算机 集线器或交换机 图3 1n c x - 作原理图 f i g u r e3 - 1t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f n c 网络计算机在本地只有少量的输入、输出设备，n c 负责把用户的输 入信息，如键盘按下、鼠标点击等事件信息发送到服务器，服务器上运 行的终端服务器程序接收这些信息，处理用户提交的任务请求，然后把 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 执行结果传回给n c 。 依据网络计算机采用的通信协议的不同，网络计算机可以工作在w b t ( w i n d o w sb a s e dt e r m i n a l ，即w i n d o w s 终端) 模式、x t e r m i n a l ( x 一 终端) 模式和b s ( 浏览器服务器) 模式。 w b t ( w i n d o w s 终端) 9 1 是一种通过远程桌面协议( r d p i c a ) 运行多 用户w i n d o w s 系统( 包括w i n d o w sn t 2 0 0 0s e r v e r 2 0 0 3s e r v e r x p p r o f e s s i o n a l ) 的网络计算模式。为用户提供1 6 3 2 位w i n d o w s 、j a v a 、 浏览器以及其它传统应用程序，拥有非常友好且和w i n d o w s 完全兼容的 用户界面。网络计算机终端与服务器通过t c p i p 和标准局域网架构联 系，终端接受客户端的键盘、鼠标等消息后传给服务器，并显示服务器 回传的处理结果，用户所有的应用程序都在服务器端执行。服务器为每 个用户生成个人的配置文件，用户的内存空间在服务器上是相对独立的， 对每个用户来说，就象其他用户不存在，只有自己在使用服务器一样。 w b t ( w i n d o w s 终端) 因其安全性好，拥有成本低，易于管理等优点， 所以被广泛地应用于各种网络计算机系统中。目前w i n d o w s 终端服务主 要有两种。基于r d p 协议的终端服务和基于i c a 协议的终端服务。 r d p ( r e m o t ed e s k t o pp r o t o c 0 1 ) 是一种客户端与网络上的终端服 务器进行通讯所使用的协议，这种协议是基于国际电信联盟( i t u ) 制定 的国际标准t 1 2 0 的一种多通道协议。它是一种双字节兼容的协议，在 各种网络环境下用来实现网络定位、自动断开连接以及远程配置。终端 服务器在服务器上进行所有的数据处理，然后将显示结果送回给用户。 这样便于进行集中的应用程序管理，同时减少使用大量数据的应用程序 所占用的网络带宽，还能够进行服务器的远程控制。 i c a ( c i t r i xi n d e p e n d e n tc o m p u t i n ga r c h i t e c t u r e ) 由c i t r i x 公司提出，此技术能够通过整个网络来配置w i n d o w s 、u n i x 以及j a v a 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 应用程序，而不需考虑用户的位置、客户端硬件设备或者可用带宽的限 制。c i t r i xi c a 技术由服务器端软件、网络协议以及客户端软件三部分 组成，i c a 具备特有的能力将在服务器上执行的应用程序从逻辑上把执 行和显示分开，用户显示的界面通过标准的网络协议传输到客户端设备 上。在客户端用户看到的和工作的界面就象应用程序在本地机器上运行 一样，通过网络传送用户的键盘按下和鼠标点击等信息，接收由服务器 传过来的屏幕更新信息、文件、声音以及剪贴板信息。 除了w b t 模式外，网络计算机还有两种工作模式。 x - - t e r m i n a l ( x 一终端) 模式，应用在服务器为u n i x ( 含l i n u x ) 的 环境中。u n i x 下的x w i n d o w 从设计时就支持c s 模式，所以很容易构成 网络计算机的工作模式。 b s ( 浏览器服务器) 模式，用户终端设备通过浏览器与服务器连 接，不再区分服务器端的系统平台。b s 模式的性能主要决定于网络和 服务器，在这种模式下与普通p c 的工作原理几乎没有差别。 3 2 本网络计算机采用的协议栈和软件结构 3 2 1 本网络计算机采用的协议栈 w b t 模式可以充分利用现有的w i n d o w s 操作系统所提供的网络功能， 而且基于w i n d o w s 的应用软件也非常丰富。这样把网络计算机加入到 w i n d o w s 网络中可以不改变现有计算机网络的基本结构，而且可以使用 w i n d o w s 中众多的应用软件，所以本设计中的网络计算机工作在w b t 模 式下。 w b t 模式的协议栈如图3 2 所示，它分为n c 终端协议层和n c 服务器 端协议层两部分： 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 n c 终端n c 服务器端 图3 - 2 网络计算机协议栈 f i g u r e3 - 2p r o t o c o ls t a c ko f n e t w o r kc o m p u t e r n c 终端用户在窗口图形环境中的鼠标、键盘等输入信息通过r d p i c a 协议向t c p i p 层传送数据，t c p i p 层接收到数据后进行相应的处理后 将其通过硬件传输到服务器端。服务器端有对应的t c p i p 协议，它接收 到n c 终端传送来的数据后将其上传到r d p i c a 协议。r d p i c a 协议通过 识别用户的请求在服务器端执行相应的程序，执行结果通过相反的路径 返回给n c 终端。 3 2 2 本网络计算机采用的软件结构 上面提到的网络计算机协议栈可以有多种实现的方法，这里就结合 网络计算机自身的特点提出协议的具体软件结构“。软件结构也分为 两部分：n c 终端的软件结构和n c 服务器端的软件结构，如图3 3 所示。 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 n c 终端n c 服务器端 图3 3 本设计中网络计算机采用的软件架构 f i g u r e3 - 3s o f t w a r ea r c h i t e c t u r ea d o p t e db yn c i nt h i sp a p e r 在n c 终端： 在与n c 终端，与硬件最接近的是操作系统内核，它负责对硬件的具 体操作。由于l i n u x 操作系统属于自由软件，无需支付版税，对硬件的 支持良好，而且所占用的资源也较少，所以在n c 终端这种对成本和存储 器容量敏感的应用中非常适合采用。 r d p 协议与i c a 协议已经在众多的n c 系统中得到了应用，但由于i c a 协议主要由c i t r i x 提出，而且必须在n c 终端和n c 服务器上都安装此协 议的商业产品，所以使用费用昂贵，限制了它的使用。而r d p 协议在很 多操作系统下都有其具体实现，尤其是在l i n u x 操作系统下有很多符合 g n ug e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ( g p l ) 的开源软件。这些软件的功能齐全， 而且使用都是免费的，可以大大降低开发成本。 本设计所选择的r d e s k t o p “”是开源r d p 软件中比较优秀的，此软件 可以工作在l i n u x ，b s d ，及各种类u n i x 的操作系统平台。它具体支持 的r d p 功能有： 术1 5 ，1 6 和2 4b i t 色彩深度： 】6 太原理工大学硕士研究生学位论文 水基本的剪贴板重定向功能； 术支持音频功能： 爿c 支持互联网协议的i p v 6 版本； 可以应用的终端服务器有：w i n d o w sn ts e r v e r ，w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ， w i n d o w sx pp r e f e s s i o n a l 和w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r ： 十支持全屏显示和窗口显示，通过c t r l a l t e n t e r 组合键在两种显示 方式切换。 g u i 即图形用户界面，为用户提供一个窗口图形工作环境，使用户便 于操作。m i c r o w i n “”是一个非常优秀的g u i ，它体积小巧，功能灵活， 非常适合于做n c 的图形用户界面。 在n c 终端服务器端： 在n c 终端服务器端“，采用现有的网络操作系统，如w i n d o w sn t s e r v e ，w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 或2 0 0 3s e r v e r ，w i n d o w sx p p r o f e s s i o n a l 。这些网络操作系统具备完整的网络功能，都带有w i n d o w s 终端服务器程序。w i n d o w s 终端服务器程序采用r d p 协议为n c 终端提供 网络服务功能，这样用户在n c 终端就可以在熟悉的标准w i n d o w s 界面下 工作了。 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 第四章网络计算机的典型应用及对系统的需求 上一章确定了n c 所采用的软件结构，本章将通过分析网络计算机的 典型应用，确定本设计中的n c 应具备的系统硬件资源。 网络计算机可以应用于非常广泛的领域“，例如教育、金融、税务、 政务等等，而各个领域对网络计算机有不同的系统要求。本章主要讨论 了n c 应用的三个主要应用领域，即教育系统、办公自动化系统和窗口行 业服务系统，总结出了网络计算机应具备的系统资源，从而为本设计中 的网络计算机开发板提出了设计方向。 4 1 网络计算机在教育系统中的应用及对系统的需求 网络计算机的成本容易控制，功能灵活，使用方便，所以在教育系 统中得到了广泛的应用。图4 一l 说明了n c 在教育系统中的应用，主要分 为三大部分：多媒体网络教室，电子阅览室和校务管理。这三大应用中 的n c 都与终端服务器相连接，从终端服务器获得所需的功能。而这些终 端服务器又通过局域网与d b ( 数据库) 服务器、文件服务器、w e b 服务 器相连，这样n c 终端用户可以通过终端服务器间接访问这些网络资源。 在需要访问i n t e r n e t 资源的情况下，终端服务器可以通过路由器与外部 i n t e r n e t 连接，为用户提供相关服务。 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 0 图4 1n c 在教育系统中应用 f i g u r e4 - 1n c sa p p l i c a t i o ni ne d u c a t i o ns y s t e m 接下来针对教育系统。扣不同的应用进行讨论，进而提出相应的系统 需求。 4 1 1 多媒体网络教室 多媒体网络教室由高性能终端服务器、n c 和网络设备、布线系统构 成。师生分别使用作为教师终端、学生终端的n c ，在终端界面上使用终 端服务器上提供的教学资源，开展课堂教学活动。 在多媒体网络教室，教师可以为学生示范各种计算机的操作；可以 为学生演示终端服务器上存储的软件的使用方法：为学生播放教学所需 1 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 的视频和音频内容，如教师提前做好的课件、准备的v c d ，等等；教师 也可以指导学生进入i n t e r n e t 查找各种资料。 4 1 2 电子阅览室 当今的电子资料越来越丰富，多数学校购置了大量的电子书籍和数 字影像资料。将这些电子资源组成电子阅览室，教师和学生可以通过n c 终端访问，这样就使资源的访问更加高效。 电子阅览室的功能可以分为两大类：管理功能和用户功能。 图书馆做为一个公共资源，有相关人员进行管理，管理功能主要有， 对服务器上的电子资料的管理，对用户帐号的管理等。 用户在电子阅览室访问电子资源，必须使用n c 终端设备，还要通过 身份验证，之后才可以进行网上浏览、信息检索和查询、阅读电子书刊、 文档、使用存放在服务器上v c d d v d 等影视资料等。 4 1 3 校务管理 校务管理是学校的主要功能之一，校务管理涉及了学校运行的各个 方面。包括对学生和教工的信息进行管理；对在校学生评语的管理及报 表维护、打印；对学生各科考试成绩管理及分析统计；安排各年级各学 校的课程，等等。它的应用与办公自动化系统的应用领域是非常相似的。 4 1 4 本领域对系统的需求 通过以上分析可见在教育系统，对硬件资源有以下要求：c p u 应该能 够处理多媒体信息，尤其是在多媒体网络教室和电子阅览室中对c p u 的 要求更高；为了显示各种多媒体应用程序的结果，必须有足够大的内存 空间；有基本的输入设备如鼠标，键盘；输出设备应当是能支持较高分 辨率的视频显示设备，还要有音频输出设备；在需要验证身份的电子图 书馆，要有智能卡的支持；对于要具有打印功能的校务管理，还要提供 本地或网络打印功能；教师可能会用u 盘从外部导入学生成绩等信息， 2 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 所以也要有u s b 设备的支持。由于n c 在教育系统中的应用涉及学校正常 运行的各个方面，而各个方面要求又有所不同，所以应该配备相应的专 业应用软件以完成这些任务。 4 2 网络计算