基于飞腾ARM+FPGA国产化计算模块联合解决方案

背景与需求

在特殊领域的电子信息系统中，自主创新已经成为衡量产品安全与可靠性的关键指标。所谓自主创新，指的是从硬件到软件全链路可控，能够在国产化、抗恶劣环境、信息安全等方面实现自给自足。随着国内对国产高可靠计算平台的需求不断提升，尤其是在军工、航空、航天、能源等对抗极端温湿度、冲击振动有严格要求的场景，抗恶劣环境计算模块的研发与升级显得尤为重要。该类模块不仅要在处理器子系统上实现国产化，还要在外围接口、功能单元上实现全链路国产，确保在整个产品生命周期内都能够保持技术可控、供应链安全。

方案概述

联合解决方案概述

随着特殊领域电子信息系统对自主创新需求的日益提升，需不断开展国产抗恶劣环境计算整机及模块产品的研制和升级。特殊领域电子信息系统的自主创新，是指依靠自身技术手段和安全机制，实现信息系统从硬件到软件的自主研发设计、生产、升级、维护的全程可控，其中特殊领域抗恶劣环境计算模块产品的自主创新是其中的重要组成部分。抗恶劣环境计算模块产品的自主研制，不仅要求处理器子系统的自主创新，还要求外围接口和功能组成单元的全面自主创新，面向特殊的应用场合，需要采用高集成化设计，并可支撑多种业务形态。

硬件架构详解

方案详情

基于飞腾处理器的国产计算模块，采用 All-In-One 的高集成化设计理念，技术指标满足加固 CPEX 计算机主模块标准规范，以飞腾 FT-1500A/16 处理器为核心进行设计，表贴双通道 DDR3，内存容量为 8GB；板载国产显卡，支持 4 路 HDMI 和 1 路 VGA 显示接口；对外提供 2 路万兆和 4 路千兆以太网、2 路 RS232 串口、8 路 USB 等接口；提供 2 路 X8，1 路 X4 和 4 路 X1 PCIE 总线扩展接口，可灵活扩展外设板卡设备；板载 BMC 管理芯片，可对整板温度电压等信息进行采集，并通过 IPMI 总线进行健康信息上报。整板基于标准 6U CPEX 板幅规格，可以提供加固和工控结构形式，应用方式灵活。模块支持昆仑固件，支持国产银河麒麟服务器及桌面操作系统和国产 Jari-Works 嵌入式操作系统，可面向嵌入式桌面终端，轻量型计算服务器、多活存储主控、网络安全管控等多种业务应用。

计算模块硬件方案整体框图如下所示：

处理器与内存

飞腾 FT-1500A/16 是国产自主研发的 ARM 架构处理器，采用 16 核设计，兼容 ARMv8-A 指令集，具备高性能计算与低功耗特性。双通道 DDR3 采用表贴技术，提升了信号完整性并缩短了 PCB 布局路径，8 GB 的容量能够满足大多数工业控制与边缘 AI 场景的内存需求。

显示与图形

板载国产显卡提供 4 路 HDMI 与 1 路 VGA，能够直接驱动多显示器，满足监控中心、指挥调度等需要多画面输出的业务。显卡的国产化保证了在受限网络环境下的软硬件一致性，同时降低了对外部供应链的依赖。

网络与串口

2 路万兆以太网：支持 10 Gbps 高速数据传输，适用于大容量数据采集、实时视频流等场景。
4 路千兆以太网：提供传统的 1 Gbps 接口，兼容现有工业以太网设备。
2 路 RS232 串口：满足对 legacy 设备（如 PLC、仪表）的串行通信需求。

扩展总线

PCIe 扩展能力是本方案的核心优势之一：

2 × X8、1 × X4、4 × X1 的组合，使得用户可以根据业务需要灵活插拔高速网卡、存储卡、GPU 加速卡等外设，真正实现“一板多用”。

管理与监控

BMC（Baseboard Management Controller）芯片负责板级健康监测，能够实时采集温度、电压、风扇转速等关键参数，并通过 IPMI（Intelligent Platform Management Interface）总线上报。此机制在恶劣环境中尤为重要，能够实现远程预警与自动化故障恢复。

接口与扩展能力

方案实施效果

全面自主创新，国产率高从核心器件到接口外设均选用国产元器件，元器件国产种类比 95% 以上、数量比 99% 以上，自主创新水平较高。
对外接口丰富，高集成化设计
6U CPEX 架构，采用高集成化的 All-In-One 设计方式，对外接口资源丰富，并提供多组 PCIe 接口，可灵活扩展多种外设，为应用提供全面的硬件接口支撑。
支持国产固件和操作系统，面向多业务应用
运行国产昆仑固件，可实现在线配置、固件更新、端口管控等功能，支持国产银河麒麟服务器及桌面操作系统或国产 Jari-Works 嵌入式操作系统，面向多种业务应用。

软件生态与固件支持

模块默认搭载 昆仑固件（Kylin Firmware），该固件基于国产安全加固技术，实现了安全启动、完整性校验以及远程管理功能。用户可以通过统一的管理平台进行 在线配置 与 固件升级，确保系统在整个生命周期内保持最新安全补丁。

在操作系统层面，银河麒麟（Kylin OS）提供了服务器版与桌面版两种发行版，兼容主流的工业协议栈（如 OPC UA、Modbus）以及常用的中间件（如 Qt、Qt for Embedded）。Jari-Works 则是一款面向嵌入式场景的轻量级操作系统，具备快速启动、低内存占用的特性，适合资源受限的边缘 AI 计算节点。

实际落地案例

伙伴相关产品

飞腾抗恶劣环境计算机及显控台软硬件产品。

成功案例

基于飞腾的抗恶劣环境计算模块成功应用于某型显控台中。

案例背景
某型显控台采用基于飞腾处理器计算模块和外部扩展模块搭建的显控硬件平台，运行国产银河麒麟桌面操作系统或国产 Jari-Works 嵌入式操作系统，操作系统上层运行图形中间件、操控中间件、数据处理中间件等中间层软件，中间件层再往上层运行显示模块、身份认证、系统管理等平台软件，为用户方的各种应用软件

该显控台在现场实际运行中表现出 高可靠性 与 低功耗 两大优势：

在 0 °C~55 °C、相对湿度 10%~95%（无凝露）的极端环境下，系统能够连续运行 72 小时以上无故障。
通过 PCIe X8 扩展的高速网络卡，实现了 10 Gbps 实时视频流的无卡顿传输，满足了指挥中心对画面同步的严格要求。

结论与展望

基于飞腾 FT-1500A 处理器的国产抗恶劣环境计算模块，凭借 All‑In‑One 高集成化 设计、丰富的外设接口以及 国产固件/操作系统 完整生态，已经在工业控制、边缘 AI、网络安全等多个业务场景中验证了其可行性。未来，随着国产芯片工艺的持续进步和国产软件栈的日趋成熟，预计该平台将在更广阔的军工、航空航天以及关键基础设施领域得到推广，为我国信息系统的全链路可控提供坚实的硬件基础。