国产开源Intel平台开发板测试

工控老周

老同事公司开发了一款开发套件，说是在2020年底，边缘计算产业联盟（ECC）发布的《工业互联网边缘计算节点白皮书1.0》中被评为推荐产品，要了一台玩玩。

这块开发板主要解决工控和边缘计算领域的痛点。在这个领域，它的一个类似的小伙伴，Intel的NUC系列，销量不错，质量稳定。但使用的大部分是科研院校及系统集成商，需要自己搭配硬件和安装软件，在工业场景下，软件调试好，却不能很好的产品外化。核心板系列可以看做工业类的NUC产品，且有开源和国产化加持。

开发套件到底怎么样？做个开箱测试，感兴趣的同学可以通过结尾链接免费领取测试样机。

开箱

开发套件为了满足客户开箱即用的需求，自带电源、内存和存储SSD，这点和UP2和Minnow系列不同：

自带的内存是两条金士顿4GB 2666MHz DDR4，和64GB的SSD。需要注意的是自带的SSD是短款基于SATA的SSD，背板上留有两条M.2的插座，可以自行配备NvME的SSD，来扩展存储空间和提升性能。

Intel的NUC用作工控，有一个致命弱点：只有一个网口，这极大的限制了NUC的使用环境。如我搭建的自动测试环境，本来希望用NUC来做控制主机。但NUC只有一个网口，而我需要主机一个口直连目标服务器BMC的LAN口，还要一个口连接公司网络，好做远程控制，NUC就不能满足我的需求。研勤工控开发套件很好得解决了这个问题，它一次性提供了三个网口，加上背板的M.2可以外接一个Wifi口，一次性满足绝大多数应用需求：

开发板采用全透明设计，内部器件细节一目了然，颜值挺高：

在CPU风扇上方机身上和侧面开有通风孔，散热没有问题。开发板还有个特点，它的机箱螺丝都是内六角的，这和它面向工控用户，即开即用，并不推荐开箱有关。这和NUC极易开箱设计不同，不过难不倒我。马上大卸八块：

熟悉Minnowboard系列都知道，Minnowboard MAX（Minnow2）主板分为核心板，高速信号扩展板和低速信号扩展板，核心板是开源硬件，而扩展板是闭源的。研勤开发套件也有这种设计理念，系统分为核心板和扩展板：

它有两块主板通过高速套接口扣接而成，分开是这样：

CPU、内存等核心部分都在核心板上。用于工业，以稳定为主，CPU选型需要比较成熟的型号，所以我手中的这款研勤工控开发套件选择Whiskey Lake (WHL，Gen8)。用户也可以挑选TGL等比较新的型号。整个核心板采用COM-E的Type6的标准尺寸，十分小巧：

正面和背面各有一个SODIMM的内存插槽，保证是双通道的。双通道设计可提供高实时控制，及提高人工智能算法的计算性能。外围板较大：

外围板接口相当丰富。不但提供了主机背板的所有外围接口，还提供了额外两个M.2，一个SD卡接口，两个COM接口（工控常用）和一个USB2.0口，主板上还看到了熟悉的小螃蟹。

核心板小巧，核心板和外围板接口标准，这两点可以让普通工控用户可以围绕核心板做额外定制，按照应用场景设计外围板。更妙的是，核心板采用Open Hardware的开源硬件设计理念，在官网开源，这样用户完全可以照猫画虎，很方便设计出符合用户需求的工控边缘计算整机。这和Minnow设计理念完全一样，填补了Minnow系列单板终结开发后的空白，这点比UP2的设计理念和对业界的贡献要好得多。开发套件里的这款主板已被Intel收录为主要的工业级开发用的主板，并被授权使用Intel Inside logo。

软件和性能

Windows 10下软件性能

好了，我们把机器组合起来，收集一下运行数据吧。我的这款自带Windows 10，开机速度很快。

因为是采用WHL赛扬SKU，主频比较低，只有1.8GHz，2核2线程，采用核显GT1，这和它面向工控有关。SATA接口的SSD传输速度尚可：

至于3D能力，由于核显、低主频、少内核，成绩就很惨了：

研勤工控开发套件的一个最主要目标使用场景是工业过程控制，实时性其实是它更看重的指标。衡量一个系统实时性能的重要指标, 是系统从接收一个任务, 到完成改任务所需要的时间, 其时间变化称为抖动,。依抖动将实时系统分为, 硬实时系统和软实时系统, 硬实时系统具有更少的抖动。研勤工控开发板推荐搭配Xenomai实时操作系统，它才能满足工控系统要求的实时性。从这方面来讲，不仅仅是一系列单板，而且是一整个开发套件。

Xenomai实时操作系统和性能

Xenomai是一个基于Linux平台的硬实时系统框架，其基本思路是在硬件和标准Linux之间引入一个精简的高优先级实时内核, 通过i-pipe完成硬件中断处理和任务第一级分配。硬实时任务由高优先级实时内核完成, 普通任务由标准Linux处理. 同时Xenomai还提供一个硬实时开发框架方便应用开发, 另外也提供一个接口适配层,可以适配例如VxWorks, pSOS等应用. Xenomai基本系统架构如下图：

开发套件支持Xenomai框架的硬实时解决方案, 提供基于Linux 4.19 长支持周期内核为基础的Xenomai内核安装包, 内核安装包以deb文件格式提供：

分别是内核deb文件, 内核调试信息deb文件, 内核头文件deb文件和libcdeb文件。如果需要使用Xenomai框架，首先在发套件安装Ubuntu 18.04 桌面版。整个安装过程非常简单和顺利, 安装完毕重启机器进入系统后, 拷贝上述三个文件, 使用dpkg安装后重启操作系统, 再次启动时发现在Grub启动高级菜单中增加了”Linux 4.19.59-xenomai”启动项目, 选择此项目启动系统, 系统启动后, 可以通过系统日志文件检查Xenomai框架已经成功运行。

安装完毕, 现在可以测试一下开发套件硬件在Xenomai系统下的实时性指标了, 测试使用Xenomai 3.1官方应用包的latency测试程序。以250微秒为测试程序运行周期, 连续运行48小时, 检查latency测试程序的最大抖动。同时为了模拟系统真实运行环境, 系统同时运行Qt图形测试应用和使用stress应用程序为系统CPU, 内存, SSD存储增加运行负荷。

以下为系统实际运行时截图：

系统连续运行48小时, 在这种系统负荷下, latency测试程序的最大抖动时间控制在10微秒以内，这个抖动成绩非常优秀， 完全达到了一个生产过程控制器的实时性需求。

结论

国内Intel平台开源硬件缺位这么长时间，研勤工控开发套件的出现正逢其时。我这里也用它搭建了百敖的分布式自动测试平台。它不仅仅是一系列开源单板，还是一套开发套件，帮助实现在Intel平台的工业使用情境下，实时性的要求。其他还有很多特色服务，如满足单板CPU可以定制、BIOS可定制等定制化需求，并可在９０天内完成交货，适用于小批量的边缘计算设备，强烈推荐大家试试。对产品感兴趣可扫下方二维码，免费获取测试样机。

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