光纖反射內存網關鍵技術

高實時性低開銷網絡通訊協議的設計與實現

目前主流公開的網絡協議，如以太網所使用的TCP/IP協議雖然功能完備、運行穩定，但其傳輸機制和服務方式都比較復雜冗余，實時性較差，不適合于多實時性有較高要求的領域。

光纖反射內存網通訊協議要在保證高實時性和穩定性前提下，降低協議的復雜度。在保證網絡基本服務和傳輸穩定性的前提下，盡量提高系統的傳輸性能、實時性及相應速度。同時要有完整的錯誤處理機制，在錯誤發生的情況下保證錯誤不蔓延，有良好的自愈能力。

邊收邊轉的數據轉發模式實現低延時數據轉發

在協議控制器設計上采用RFMMA(Reflective Memory Multiple Access)基于反射內存的多模式存取技術，支持數據、IO、命令、中斷等多種數據傳輸模式。

在協議實現上，即協議控制器的設計上，要采取低延時的數據轉發策略，將轉發延遲控制在1us以內，這個對協議控制器實現提出了很高的挑戰。主要采用此一下方法：1）采用邊收邊轉發的數據傳輸模式，不采用存儲轉發模式，減小數據在單個節點上的轉發延遲，提高系統實時性。2）在協議設計時，優化設計，壓縮信息頭的長度，并將重要信息都放在信息頭前面，以方便轉發時進行快速判斷。3）設計了完備的數據幀回收機制，通過節點ID、傳輸計數器等方式保證了廢數據幀的可靠回收。同時，采用CRC校驗碼校驗數據的正確性。

一般的網絡接口設備在轉發數據是都采用存儲轉發的方式，轉發延遲過大，導致整個系統的延時加大，實時性降低。采用即時收/轉（邊收邊轉發）模式，在接收數據的同時完成處理和轉發，代替常用的存儲轉發模式，只需4個時鐘周期便可完成判斷&轉發，典型數據幀是（長度256Byte）轉發延遲比存儲轉發縮短了30倍以上。實測延時小于0.6us。

光纖HUB的換網動態重構及數據監測技術

利用高速開關陣列及FPGA集成的高速收發器，構建一個開關陣列，通過開關陣列的切換，形成內外雙環的數據傳輸通路，是光纖網絡數據在邏輯上形成一個環形傳輸方式，并通過FPGA收發器實時采集數據實現網絡狀態的監控及故障節點的自診斷自隔離。

高速電路設計及仿真驗證技術

光纖反射內存網絡波特率2.5Gbps，電信號的這個數據通訊速率下傳輸，屬于高速電路設計。為保證數據可靠傳輸、保證系統的電磁兼容性、信號完整性，對電路板PCB設計提出了較高的要求。為保證設計質量，采用了Cadence公司的SigXplorer軟件進行電路仿真，對仿真結果進行多輪迭代來改進設計。

反射內存網絡是一種特殊類型的共享內存系統，旨在使多個獨立計算機共享通用數據集。反射內存網絡可在每個子系統中保存整個共享內存的獨立備份。每個子系統均享有充分且不受限制的訪問權限，還能以極高的本地內存寫入速度修改本地數據集。當數據寫入本地反射內存備份，高速邏輯同步將其傳輸至環狀網絡的下一個節點。每個后續節點同時將這個新數據寫入本地備份，然后將其發送至環網的下一個節點。當信息回到初始節點時便會被從網絡中移除，然后，根據特定硬件與節點數目，網絡上的所有計算機幾個微妙之內便會在同一地址擁有相同數據。本地處理器無需接入網絡便能在任意時間讀取這些數據。通過這種方式，每臺計算機便可始終擁有共享內存集的最新本地備份。在本例的四個節點中，所有計算機只需2.1 μs便可接收到寫入反射內存中的數據。
假設線纜長度較短、數據包規格最大且無網絡流量，這種延遲計算便可能成立。線纜長度與網絡流量能夠增加延遲，但只要網絡帶寬沒有超限，延遲就不會出現明顯增加。反射內存板（節點）包括本地內存、嵌入式接口以及可為主機與反射內存提供訪問通道的仲裁邏輯。反射內存板可物理安裝或連接至各種計算機總線中，包括VME, PCI/PCI-X, CompactPCI, PCI Express或其他能夠集成PMC槽的標準/專用系統。這就使得熱門工作站可通過反射內存與單板計算機實現連接，無需考慮互用性。
反射內存可用于所有使用以太網、光纖通道或其他串行網絡將計算機或可編程邏輯控制器連接在一起的應用場合，但并非適用于所有應用場合。反射內存與以實時交互作用為首要關注因素的系統關系最為緊密。在需要低延遲與高度通信的系統中，雖然反射內存板價格高于性能較低的硬件，但卻能在性能方面，通過極高的易用性帶來豐厚回報。
沒有任何高性能局域網能像反射內存這樣易于安裝和操作。理想的網絡應該允許所有計算機同時訪問彼此的內存。反射內存通過在幾微妙內賦予網絡上每臺計算機其他計算機內存有效副本的方式接近了這個構想，最多可連接多達256臺計算機。由于內存的全局屬性，可能會有多臺計算機同時進行訪問。所有CPU寫入該公共內存空間的訪問都將被復制到網絡中的其他節點上。反射內存透明地監測、復制這個數據，這樣應用便能在無軟件開銷懲罰的情況下共享該數據。操作系統與獨立處理器現在，反射內存硬件可用于VME、PCI/PCI-X、PMC、PCI Express和其他各種格式。這樣便允許單獨的反射內存網絡連接不同總線。附帶PMC槽的嵌入式單板計算機（VME or CompactPCI）使用反射內存PMC板在主機底板上卸載流量。用戶可對高速網絡進行配置，在該網絡上，所有臺式工作站、單板電腦或服務器均可直接通過任何帶有可用CompactPCI, PCI/PCI-X, PCI Express,VMEbus槽,或PMC槽的計算機共享信息。即使連接使用不同字節格式（大端和小端類型）的計算機，字節交換在反射內存系統中也不是問題。基于PCI的反射內存板含有為字節交換專門設計的硬件。該硬件提供快速、高效、可重復的雙向轉換。此外，大端與小端類型的轉換也不會發生協議開銷或時間損失。反射內存還有易用性，且無需考慮操作系統及其使用的設備。
系統設計人員越來越需要在更短時間內構造出更強大、更復雜的系統。在這種情況下，硬件成本與軟件和集成硬件/軟件的成本相比微不足道，這點在單機系統與微系統中表現得更加明顯。在時間與系統正常運行的低單位投資成為市場上的關鍵因素時，使用反射內存便會帶來極大的利益。在這些要求苛刻的系統中，反射內存簡單的讀/寫通信方式大大提高了產品上市時間，同時提高了網絡上的數據通過量。
反射內存提供多個超過標準網絡的特性：比如全局化內存、高速數據傳輸以及軟件透明度，這些特性使反射內存成為最具吸引力的多機通訊解決方案。與傳統通訊方式的附加開發時間、測試、維護、文檔編制和附加CPU要求所產生的成本相比，反射內存方案更加經濟高效。