反射內存網(wǎng)在遠距離分布式系統中的應用

反射內存網(wǎng)作為一種成熟技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前在半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真、飛行器模擬器、自動(dòng)檢測系統、發(fā)動(dòng)機試驗臺，電站模擬器，高速數據采集，超視距雷達等應用領(lǐng)域得到廣泛的應用。

反射內存獨特的硬件結構，最大程度的簡(jiǎn)化了大量數據的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題。軟件開(kāi)發(fā)人員不需要理解復雜的數據傳輸過(guò)程，重發(fā)機制。只讀進(jìn)行本機的內存讀寫(xiě)操作，由硬件自動(dòng)完成與反射內存網(wǎng)中其它節點(diǎn)的數據同步。這種機制使得數據傳輸簡(jiǎn)單迅速，其極高的易用性簡(jiǎn)化了系統設計。反射內存網(wǎng)中節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的全局化內存、高速數據傳輸以及軟件透明，使得反射內存卡在多機通訊方案中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。

反射內存卡的系統框圖如圖1所示。 該系統主要由SFF光模塊、FPGA 控制模塊、SDRAM存儲模塊、電源與時(shí)鐘模塊、串行解串器組成。其中，SFF 光模塊實(shí)現 FPGA 控制模塊與網(wǎng)絡(luò )中其它反射內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(shí)現整個(gè)數據發(fā)送與接收邏輯；板載128M或256M SDRAM，用于暫存網(wǎng)絡(luò )中各反射內存卡的共享數據；電源與時(shí)鐘模塊為系統提供所需的電源與時(shí)鐘。 FPGA模塊將內存中發(fā)生改變的數據通過(guò)通過(guò)串行解串器和SFF光模塊傳輸至網(wǎng)絡(luò )中其它反射內存節點(diǎn)；同時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò )中其它反射內存卡內存中的數據發(fā)生改變， FPGA模塊也將通過(guò)專(zhuān)用的串行通信模塊接收SFF光模塊傳輸的改變數據，并寫(xiě)入板載內存中，以實(shí)現局域網(wǎng)中計算機間的高帶寬數據的交互共享。
 

圖1：反射內存卡硬件原理框圖

圖2：環(huán)形拓撲結構

反射內存網(wǎng)提供了一個(gè)通過(guò)多?；騿文９饫|以2.12Gbaud速率運行的數據插入環(huán)形架構網(wǎng)絡(luò )。與以太網(wǎng)系統不同，任意節點(diǎn)間傳輸不會(huì )影響到其它節點(diǎn)間的通訊，反射內存網(wǎng)可避免列隊與檢查數據包所需的復雜性、確保合適的連通性，不存在附加負載限制或終端規則。節點(diǎn)間的距離長(cháng)達10KM。這些特性允許反射內存的數據傳輸速率高達170 MB/s，遠高于千兆以太網(wǎng)100MB/s的效率。

反射內存允許所有網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中斷其他或所有的節點(diǎn)。最多可分配多達 4個(gè)中斷并可供用戶(hù)用于功能、優(yōu)先級和向量等原因進(jìn)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 )數據同步。啟用后，中斷通常用于數據傳輸后中斷某個(gè)或所有的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。反射內存實(shí)時(shí)仿真網(wǎng)站分享了大量的技術(shù)資料和使用案例可供下載。

在一些分布式系統中，節點(diǎn)間的距離較遠，反射內存卡使用單模光纖，節點(diǎn)距離可達10KM，例如在某系統中設備與監視中心必須與其保持最少3KM的距離。通過(guò)分配執行過(guò)程，設計人員能夠在測試臺安裝能夠進(jìn)行數字化與預處理操作的計算機。這樣，在控制室中，就僅需高速反射內存網(wǎng)絡(luò )連接將數據發(fā)送回主計算機，從而取代長(cháng)達 3KM數以百計的離散布線(xiàn)。這個(gè)遠距離計算機接著(zhù)分析、存檔、格式化并將數據顯示在測試人員的數據監視器上。通過(guò)使用高速反射內存連接，操作者可以觀(guān)察并在發(fā)生改變時(shí)對其做出反應，在連接時(shí)會(huì )產(chǎn)生輕微延遲。通過(guò)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備的危險降至最低，并且不會(huì )影響到測試效果。如下圖，中電八所與實(shí)時(shí)仿真技術(shù)網(wǎng)進(jìn)行10KM單模光纖大批量數據傳輸測試。
 
圖3：10公里多模光纖

圖4：10公里單模光纖傳輸測試現場(chǎng)
在實(shí)時(shí)通訊系統中，反射內存卡逐漸成為標配。其原理易于理解，使用方法簡(jiǎn)單，抗干擾能力強，實(shí)時(shí)性高，支持中斷傳輸，中斷，軟件開(kāi)發(fā)代碼少，擴展能力強，應用案例多，縮短了系統的研發(fā)周期，節省了人員支出，增強了系統健壯性，將軟件開(kāi)發(fā)人員從復雜的通訊協(xié)議中解放出來(lái)，不再為大批量的數據傳輸擔心帶寬，不確定的時(shí)延而浪費時(shí)間。反射內存卡也應用于包括軌道交通、冶金，電力系統仿真等行業(yè)。實(shí)時(shí)仿真技術(shù)網(wǎng)分享了大量的使用案例可供下載。