反射內(nèi)存網(wǎng)在遠(yuǎn)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(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(cè)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，電站模擬器，高速數(shù)據(jù)采集，超視距雷達(dá)等應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

反射內(nèi)存獨(dú)特的硬件結(jié)構(gòu)，最大程度的簡(jiǎn)化了大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題。軟件開發(fā)人員不需要理解復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，重發(fā)機(jī)制。只讀進(jìn)行本機(jī)的內(nèi)存讀寫操作，由硬件自動(dòng)完成與反射內(nèi)存網(wǎng)中其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步。這種機(jī)制使得數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)單迅速，其極高的易用性簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。反射內(nèi)存網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)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(jī)通訊方案中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

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(chǔ)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(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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(shí)鐘模塊為系統(tǒng)提供所需的電源與時(shí)鐘。 FPGA模塊將內(nèi)存中發(fā)生改變的數(shù)據(jù)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(nèi)存節(jié)點(diǎn)；同時(shí)，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(guò)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(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)中計(jì)算機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)

反射內(nèi)存網(wǎng)提供了一個(gè)通過(guò)多?；騿文９饫|以2.12Gbaud速率運(yùn)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(diǎn)間傳輸不會(huì)影響到其它節(jié)點(diǎn)間的通訊，反射內(nèi)存網(wǎng)可避免列隊(duì)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(fù)載限制或終端規(guī)則。節(jié)點(diǎn)間的距離長(zhǎng)達(dá)10KM。這些特性允許反射內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)170 MB/s，遠(yuǎn)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(diǎn)中斷其他或所有的節(jié)點(diǎn)。最多可分配多達(dá) 4個(gè)中斷并可供用戶用于功能、優(yōu)先級(jí)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(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(gè)或所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。反射內(nèi)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(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)間的距離較遠(yuǎn)，反射內(nèi)存卡使用單模光纖，節(jié)點(diǎn)距離可達(dá)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(guò)分配執(zhí)行過(guò)程，設(shè)計(jì)人員能夠在測(cè)試臺(tái)安裝能夠進(jìn)行數(shù)字化與預(yù)處理操作的計(jì)算機(jī)。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(jì)算機(jī)，從而取代長(zhǎng)達(dá) 3KM數(shù)以百計(jì)的離散布線。這個(gè)遠(yuǎn)距離計(jì)算機(jī)接著分析、存檔、格式化并將數(shù)據(jù)顯示在測(cè)試人員的數(shù)據(jù)監(jiān)視器上。通過(guò)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(shí)對(duì)其做出反應(yīng)，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(jì)算機(jī)至遠(yuǎn)離易變測(cè)試的安全位置，操作員可將對(duì)人員和設(shè)備的危險(xiǎn)降至最低，并且不會(huì)影響到測(cè)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(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。
 
圖3：10公里多模光纖

圖4：10公里單模光纖傳輸測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)
在實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)中，反射內(nèi)存卡逐漸成為標(biāo)配。其原理易于理解，使用方法簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高，支持中斷傳輸，中斷，軟件開發(fā)代碼少，擴(kuò)展能力強(qiáng)，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(qiáng)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(lái)，不再為大批量的數(shù)據(jù)傳輸擔(dān)心帶寬，不確定的時(shí)延而浪費(fèi)時(shí)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(shí)時(shí)仿真技術(shù)網(wǎng)分享了大量的使用案例可供下載。