反射內(nèi)存網(wǎng)在遠距離分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用

反射內(nèi)存網(wǎng)作為一種成熟技術(shù)，經(jīng)過多年發(fā)展，目前在半實物實時仿真、飛行器模擬器、自動檢測系統(tǒng)、發(fā)動機試驗臺，電站模擬器，高速數(shù)據(jù)采集，超視距雷達等應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

反射內(nèi)存獨特的硬件結(jié)構(gòu)，最大程度的簡化了大量數(shù)據(jù)的實時傳輸問題。軟件開發(fā)人員不需要理解復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸過程，重發(fā)機制。只讀進行本機的內(nèi)存讀寫操作，由硬件自動完成與反射內(nèi)存網(wǎng)中其它節(jié)點的數(shù)據(jù)同步。這種機制使得數(shù)據(jù)傳輸簡單迅速，其極高的易用性簡化了系統(tǒng)設(shè)計。反射內(nèi)存網(wǎng)中節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的全局化內(nèi)存、高速數(shù)據(jù)傳輸以及軟件透明，使得反射內(nèi)存卡在多機通訊方案中具有無可比擬的優(yōu)勢。

反射內(nèi)存卡的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 該系統(tǒng)主要由SFF光模塊、FPGA 控制模塊、SDRAM存儲模塊、電源與時鐘模塊、串行解串器組成。其中，SFF 光模塊實現(xiàn) FPGA 控制模塊與網(wǎng)絡(luò)中其它反射內(nèi)存卡之間的高速通信互聯(lián)，提供 2.125Gbps 光纖通道連接；FPGA 控制模塊選用高性能的FPGA芯片，實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)發(fā)送與接收邏輯；板載128M或256M SDRAM，用于暫存網(wǎng)絡(luò)中各反射內(nèi)存卡的共享數(shù)據(jù)；電源與時鐘模塊為系統(tǒng)提供所需的電源與時鐘。

FPGA模塊將內(nèi)存中發(fā)生改變的數(shù)據(jù)通過通過串行解串器和SFF光模塊傳輸至網(wǎng)絡(luò)中其它反射內(nèi)存節(jié)點；同時，如果網(wǎng)絡(luò)中其它反射內(nèi)存卡內(nèi)存中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變， FPGA模塊也將通過專用的串行通信模塊接收SFF光模塊傳輸?shù)母淖償?shù)據(jù)，并寫入板載內(nèi)存中，以實現(xiàn)局域網(wǎng)中計算機間的高帶寬數(shù)據(jù)的交互共享。

圖1：反射內(nèi)存卡硬件原理框圖

圖2：環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)

反射內(nèi)存網(wǎng)提供了一個通過多模或單模光纜以2.12Gbaud速率運行的數(shù)據(jù)插入環(huán)形架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。與以太網(wǎng)系統(tǒng)不同，任意節(jié)點間傳輸不會影響到其它節(jié)點間的通訊，反射內(nèi)存網(wǎng)可避免列隊與檢查數(shù)據(jù)包所需的復(fù)雜性、確保合適的連通性，不存在附加負載限制或終端規(guī)則。節(jié)點間的距離長達10KM。這些特性允許反射內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速率高達170 MB/s，遠高于千兆以太網(wǎng)100MB/s的效率。

反射內(nèi)存允許所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中斷其他或所有的節(jié)點。最多可分配多達 4個中斷并可供用戶用于功能、優(yōu)先級和向量等原因進行自定義的中斷。這些中斷可用于任何功能，比如郵箱或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步。啟用后，中斷通常用于數(shù)據(jù)傳輸后中斷某個或所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

在一些分布式系統(tǒng)中，節(jié)點間的距離較遠，反射內(nèi)存卡使用單模光纖，節(jié)點距離可達10KM，例如在某系統(tǒng)中設(shè)備與監(jiān)視中心必須與其保持最少3KM的距離。通過分配執(zhí)行過程，設(shè)計人員能夠在測試臺安裝能夠進行數(shù)字化與預(yù)處理操作的計算機。這樣，在控制室中，就僅需高速反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)發(fā)送回主計算機，從而取代長達 3KM數(shù)以百計的離散布線。

這個遠距離計算機接著分析、存檔、格式化并將數(shù)據(jù)顯示在測試人員的數(shù)據(jù)監(jiān)視器上。通過使用高速反射內(nèi)存連接，操作者可以觀察并在發(fā)生改變時對其做出反應(yīng)，在連接時會產(chǎn)生輕微延遲。通過安排控制人員和核心處理計算機至遠離易變測試的安全位置，操作員可將對人員和設(shè)備的危險降至最低，并且不會影響到測試效果。

在實時通訊系統(tǒng)中，反射內(nèi)存卡逐漸成為標配。其原理易于理解，使用方法簡單，抗干擾能力強，實時性高，支持中斷傳輸，中斷，軟件開發(fā)代碼少，擴展能力強，應(yīng)用案例多，縮短了系統(tǒng)的研發(fā)周期，節(jié)省了人員支出，增強了系統(tǒng)健壯性，將軟件開發(fā)人員從復(fù)雜的通訊協(xié)議中解放出來，不再為大批量的數(shù)據(jù)傳輸擔心帶寬，不確定的時延而浪費時間。反射內(nèi)存卡也應(yīng)用于包括軌道交通、冶金，電力系統(tǒng)仿真等行業(yè)。實時仿真技術(shù)網(wǎng)分享了大量的使用案例可供下載。

審核編輯：符乾江