基于反射內(nèi)存的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

在半實(shí)物仿真系統(tǒng)中需要實(shí)時地傳輸、操作和分析數(shù)據(jù),并在此基礎(chǔ)上作出相應(yīng)的控制，實(shí)時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是半實(shí)物仿真系統(tǒng)中必不可少技術(shù)之一?；诜瓷鋬?nèi)存的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前已發(fā)展較為成熟的一種性能優(yōu)異、概念新穎的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]。相對于以往基于TCP/IP或UDP/IP實(shí)時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說，它極大的提高了系統(tǒng)實(shí)時通訊、數(shù)據(jù)反射和信號調(diào)試的能力，使分布式仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)更為簡單。本文介紹了基于VMI-5565反射內(nèi)存卡組建實(shí)時網(wǎng)絡(luò)的方法，并就利用VC++6.0實(shí)現(xiàn)實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行了研究。

反射內(nèi)存光纖網(wǎng)絡(luò)采用了先進(jìn)特殊的技術(shù),具備了很強(qiáng)的支持分布實(shí)時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力[2]。在每個需要實(shí)時通訊的節(jié)點(diǎn)上插入反射內(nèi)存網(wǎng)卡(節(jié)點(diǎn)卡),每塊節(jié)點(diǎn)卡都有自己獨(dú)立的局部內(nèi)存,它通過局部內(nèi)存映射將網(wǎng)卡上的局部內(nèi)存映射到主機(jī)內(nèi)存,用戶讀寫網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)就如同讀寫主機(jī)內(nèi)存上的數(shù)據(jù)一樣快速方便。另外,每塊反射內(nèi)存網(wǎng)卡又通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存映射,將分布節(jié)點(diǎn)卡上的局部內(nèi)存映射到一個虛擬的全局內(nèi)存,即每個節(jié)點(diǎn)在寫入本地節(jié)點(diǎn)卡的數(shù)據(jù)同時也寫入所有其他節(jié)點(diǎn)卡的內(nèi)存。這樣,用戶對本地節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的讀寫相當(dāng)于對全局內(nèi)存進(jìn)行讀寫,而這個全局內(nèi)存是所有分布節(jié)點(diǎn)都可見反射的,從而實(shí)現(xiàn)分布節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通訊[3]。通過這種方式,所有的節(jié)點(diǎn)能透明并確定地傳送中斷、消息或者數(shù)據(jù)塊到其他的節(jié)點(diǎn)。

1.2??VMI-5565實(shí)時網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品簡介

VMI-5565反射內(nèi)存產(chǎn)品是美國VMIC公司于本世紀(jì)初推出的網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品系列。其特點(diǎn)是通過驅(qū)動軟件寫到某一個節(jié)點(diǎn)反射內(nèi)存板上某一地址單元的數(shù)據(jù)，可同時通過HUB自動映射寫到實(shí)時網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)的反射內(nèi)存板上的對應(yīng)地址單元。同時，也支持直接內(nèi)存訪問（DMA）方式的數(shù)據(jù)塊傳輸。每塊反射內(nèi)存板通過卡上跳線設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)上的唯一ID號。其技術(shù)性能指標(biāo)如下：

(1).實(shí)時性能：數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)47.1Mbyte/s到174Mbyte/s；

(2). 負(fù)載能力：通過選用兩種不同型號的反射內(nèi)存板，具有64M字節(jié)至128M字節(jié)的可選負(fù)載能力；

(3). 傳輸距離：支持10km長度的単模光纖300m長度的多模光纖；

(4). 擴(kuò)展性：単個HUB支持8個節(jié)點(diǎn)。通過級聯(lián)HUB，最多可支持256個節(jié)點(diǎn)。

1.3 基于反射內(nèi)存的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

實(shí)時網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有環(huán)型、星型結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)。一般來說，環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)簡單。下面以三個節(jié)點(diǎn)為例，簡單說明環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)過程。三個節(jié)點(diǎn)需要三塊VMI5565卡及3根單股光纖。首先將三塊卡進(jìn)行統(tǒng)一編址，分別為節(jié)點(diǎn)0、節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2，并將其插入到對應(yīng)的計算機(jī)中，具體編址方式見2.1節(jié)。將節(jié)點(diǎn)0的反射內(nèi)存卡的RX端與將節(jié)點(diǎn)1的反射內(nèi)存卡的TX端連接，同時將節(jié)點(diǎn)1的RX端與T節(jié)點(diǎn)2的TX端連接，節(jié)點(diǎn)2的RX與節(jié)點(diǎn)0的TX連接，如圖1所示：

圖1環(huán)形拓?fù)鋵?shí)時網(wǎng)絡(luò)示意圖

環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)簡單，但是在使用的時候，必須將所有的節(jié)點(diǎn)計算機(jī)全部打開才能進(jìn)行通訊，在節(jié)點(diǎn)較多時，使用不方便，且容易造成因人為失誤而導(dǎo)致仿真試驗失敗的情況。

星型實(shí)時網(wǎng)絡(luò)由一個實(shí)時網(wǎng)絡(luò)HUB和實(shí)時節(jié)點(diǎn)卡組成。安裝了實(shí)時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)卡的計算機(jī)通過光纖連接在HUB上。HUB提供了一個共享內(nèi)存空間，每個節(jié)點(diǎn)在本地都有一個該共享內(nèi)存空間的映射。當(dāng)任意一個實(shí)時處理機(jī)在本地節(jié)點(diǎn)卡的內(nèi)存空間中操作時，HUB內(nèi)共享內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)就會被更新。同時，其它節(jié)點(diǎn)上的共享內(nèi)存映射空間中的對應(yīng)數(shù)據(jù)會被立即更新。這種實(shí)時網(wǎng)絡(luò)具有低延遲、高傳輸率的優(yōu)點(diǎn)，確保所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)快速更新。仍以三個節(jié)點(diǎn)為例，說明其結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)時網(wǎng)示意圖

星型結(jié)構(gòu)則使用時比較方便，只需打開需用的節(jié)點(diǎn)計算機(jī)并給HUB加電即可，工作穩(wěn)定、可靠，但相對環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說，增加了一個實(shí)時網(wǎng)絡(luò)HUB，相同節(jié)點(diǎn)數(shù)，需要的光纖也增加了一倍，增加了成本。

在具體使用中，可根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量來進(jìn)行實(shí)時網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇。節(jié)點(diǎn)較少時選擇環(huán)形拓?fù)?，可有效地?jié)省成本，節(jié)點(diǎn)較多時，可選擇星型拓?fù)?，使用更為方便?/p>

筆者參與設(shè)計并投入使用的仿真系統(tǒng)采用了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)共有8個節(jié)點(diǎn)，分別對應(yīng)控制臺計算機(jī)、視景計算機(jī)、程序解算計算機(jī)、設(shè)備控制計算機(jī)等計算機(jī)。該系統(tǒng)目前已經(jīng)成功應(yīng)與于某半實(shí)物仿真系統(tǒng)中。由于該半實(shí)物仿真系統(tǒng)不是本文重點(diǎn)內(nèi)容，在此不做進(jìn)一步說明。

2.1 反射內(nèi)存編址