光纖反射內(nèi)存網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1）高實時性低開銷網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

目前主流公開的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如以太網(wǎng)所使用的TCP/IP協(xié)議雖然功能完備、運行穩(wěn)定，但其傳輸機制和服務(wù)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(lǐng)域。

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)通訊協(xié)議要在保證高實時性和穩(wěn)定性前提下，降低協(xié)議的復雜度。在保證網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)和傳輸穩(wěn)定性的前提下，盡量提高系統(tǒng)的傳輸性能、實時性及相應(yīng)速度。同時要有完整的錯誤處理機制，在錯誤發(fā)生的情況下保證錯誤不蔓延，有良好的自愈能力。

2）邊收邊轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式實現(xiàn)低延時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

在協(xié)議控制器設(shè)計上采用RFMMA(ReflectiveMemory Multiple Access)基于反射內(nèi)存的多模式存取技術(shù)，支持數(shù)據(jù)、IO、命令、中斷等多種數(shù)據(jù)傳輸模式。

在協(xié)議實現(xiàn)上，即協(xié)議控制器的設(shè)計上，要采取低延時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略，將轉(zhuǎn)發(fā)延遲控制在1us以內(nèi)，這個對協(xié)議控制器實現(xiàn)提出了很高的挑戰(zhàn)。主要采用此一下方法：1）采用邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，不采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，減小數(shù)據(jù)在單個節(jié)點上的轉(zhuǎn)發(fā)延遲，提高系統(tǒng)實時性。2）在協(xié)議設(shè)計時，優(yōu)化設(shè)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(zhuǎn)發(fā)時進行快速判斷。3）設(shè)計了完備的數(shù)據(jù)幀回收機制，通過節(jié)點ID、傳輸計數(shù)器等方式保證了廢數(shù)據(jù)幀的可靠回收。同時，采用CRC校驗碼校驗數(shù)據(jù)的正確性。

一般的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)是都采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，轉(zhuǎn)發(fā)延遲過大，導致整個系統(tǒng)的延時加大，實時性降低。采用即時收/轉(zhuǎn)（邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)）模式，在接收數(shù)據(jù)的同時完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，代替常用的存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，只需4個時鐘周期便可完成判斷&轉(zhuǎn)發(fā)，典型數(shù)據(jù)幀是（長度256Byte）轉(zhuǎn)發(fā)延遲比存儲轉(zhuǎn)發(fā)縮短了30倍以上。實測延時小于0.6us。

3）光纖HUB的換網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)及數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)

利用高速開關(guān)陣列及FPGA集成的高速收發(fā)器，構(gòu)建一個開關(guān)陣列，通過開關(guān)陣列的切換，形成內(nèi)外雙環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸通路，是光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在邏輯上形成一個環(huán)形傳輸方式，并通過FPGA收發(fā)器實時采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控及故障節(jié)點的自診斷自隔離。

4）高速電路設(shè)計及仿真驗證技術(shù)

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)波特率2.5Gbps，電信號的這個數(shù)據(jù)通訊速率下傳輸，屬于高速電路設(shè)計。為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸、保證系統(tǒng)的電磁兼容性、信號完整性，對電路板PCB設(shè)計提出了較高的要求。為保證設(shè)計質(zhì)量，采用了Cadence公司的SigXplorer軟件進行電路仿真，對仿真結(jié)果進行多輪迭代來改進設(shè)計。

 反射內(nèi)存卡連接方式分為單向環(huán)形連接和星形連接兩種，單向環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有先天的“無沖突”、“全負載”、自然排序和嚴格確定傳輸延遲功能。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，所有的節(jié)點無論以何種方式，同時以最大的速率突發(fā)或持續(xù)傳送數(shù)據(jù)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)都可以借助物理結(jié)構(gòu)自然的實現(xiàn)無沖突的排序和傳播，不會對網(wǎng)絡(luò)實時性能和傳輸性能構(gòu)成任何不利影響。網(wǎng)絡(luò)一旦構(gòu)成，任意兩點間的傳輸延遲都是嚴格確定的。不僅如此，數(shù)據(jù)發(fā)送方還能利用環(huán)形回路，實時可靠的計算傳輸延遲和接收確認，具有極高的容錯性和可靠性。但是單向環(huán)形連接方法存在一個弊病，就是傳輸時所有的板卡必須加電才可以連通工作。解決此弊病的方法是采用星形連接，通過反射內(nèi)存 hub 來旁路損壞或者掉電的板卡，構(gòu)成更穩(wěn)定的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)  

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