光纖反射內存網關鍵技術

高實時性低開銷網絡通訊協(xié)議的設計與實現(xiàn)

目前主流公開的網絡協(xié)議，如以太網所使用的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(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。在保證網絡基本服務和傳輸穩(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。

邊收邊轉的數(shù)據(jù)轉發(fā)模式實現(xiàn)低延時數(shù)據(jù)轉發(fā)

在協(xié)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(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)議控制器的設計上，要采取低延時的數(shù)據(jù)轉發(fā)策略，將轉發(fā)延遲控制在1us以內，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）采用邊收邊轉發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，不采用存儲轉發(fā)模式，減小數(shù)據(jù)在單個節(jié)點上的轉發(fā)延遲，提高系統(tǒng)實時性。2）在協(xié)議設計時，優(yōu)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(fā)時進行快速判斷。3）設計了完備的數(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。

一般的網絡接口設備在轉發(fā)數(shù)據(jù)是都采用存儲轉發(fā)的方式，轉發(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（邊收邊轉發(fā)）模式，在接收數(shù)據(jù)的同時完成處理和轉發(fā)，代替常用的存儲轉發(fā)模式，只需4個時鐘周期便可完成判斷&轉發(fā)，典型數(shù)據(jù)幀是（長度256Byte）轉發(fā)延遲比存儲轉發(fā)縮短了30倍以上。實測延時小于0.6us。

光纖HUB的換網動態(tài)重構及數(shù)據(jù)監(jiān)測技術

利用高速開關陣列及FPGA集成的高速收發(fā)器，構建一個開關陣列，通過開關陣列的切換，形成內外雙環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸通路，是光纖網絡數(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)網絡狀態(tài)的監(jiān)控及故障節(jié)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(shù)據(jù)通訊速率下傳輸，屬于高速電路設計。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。

    反射內存卡的通訊區(qū)別于其它常規(guī)的通訊方式，是一種無需軟件參與而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的通訊方式。以PCI5565為例，PCI5565在系統(tǒng)中映射一個128M的內存空間，應用程序將采集的數(shù)據(jù)寫入板載的的內存中，而將這個內存中的數(shù)據(jù)共享到其它節(jié)點是由硬件來完成，硬件完成將數(shù)據(jù)以幀的方式傳遞到下一個節(jié)點，由于采用2.125G的光纖通訊這個速度是非常快的，縮短了數(shù)據(jù)同步的時間，在一些系統(tǒng)中可以認為兩個內存中的數(shù)據(jù)是完全一樣的。在實時性更高的系統(tǒng)中而且這個時間是可以預測的，因此在一些ms級或更低仿-真周期的仿-真系統(tǒng)中反射內存網的優(yōu)勢非常明顯。

        反射內存網區(qū)別于通用的通訊方式，但價格和成本一直比較高，不能像傳統(tǒng)網絡那樣可以將成本做到很低，這限制了反射內存的應用，在一些成本敏感的系統(tǒng)中，只能是與常規(guī)網絡互為補充。但反射內存的易用性降低了軟件開發(fā)的成本和周期，節(jié)省了CPU開銷，易于理解和使用，減小了系統(tǒng)的復雜度，縮短了系統(tǒng)研發(fā)周期減小了風險，這些優(yōu)點使反射內存卡得到更多的應用。

        目前反射內存網最為廣泛的應用是在實時仿-真系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中各個功能模塊劃分得十分清楚。負責采集數(shù)據(jù)的計算機，負責模型解算的計算機，負責圖像顯示的計算機，負責數(shù)據(jù)輸出的計算機。負責系統(tǒng)綜合控制的計算機等等，可以擴充和減少節(jié)點，進行分布外理。軟件開發(fā)也可以在不同的OS中進行。這使得多個員工合作快速開發(fā)出一個健壯的系統(tǒng)成為可能。

當然反射內存卡有更多的應用領域，這種可由設計人員自由發(fā)揮的，靈活設計系統(tǒng)。