实时操作系统下GE反射内存

光纤反射内存网关键技术

1）高实时性低开销网络通讯协议的设计与实现

目前主流公开的网络协议，如以太网所使用的TCP/IP协议虽然功能完备、运行稳定，但其传输机制和服务方式都比较复杂冗余，实时性较差，不适合于多实时性有较高要求的领域。

光纤反射内存网通讯协议要在保证高实时性和稳定性前提下，降低协议的复杂度。
在保证网络基本服务和传输稳定性的前提下，尽量提高系统的传输性能、实时性及相应速度。
同时要有完整的错误处理机制，在错误发生的情况下保证错误不蔓延，有良好的自愈能力。

2）边收边转的数据转发模式实现低延时数据转发

在协议控制器设计上采用RFMMA(ReflectiveMemory Multiple Access)基于反射内存的多模式存取技术，支持数据、IO、命令、中断等多种数据传输模式。

在协议实现上，即协议控制器的设计上，要采取低延时的数据转发策略，将转发延迟控制在1us以内，这个对协议控制器实现提出了很高的挑战。
主要采用此一下方法：1）采用边收边转发的数据传输模式，不采用存储转发模式，减小数据在单个节点上的转发延迟，提高系统实时性。
2）在协议设计时，优化设计，压缩信息头的长度，并将重要信息都放在信息头前面，以方便转发时进行快速判断。
3）设计了完备的数据帧回收机制，通过节点ID、传输计数器等方式保证了废数据帧的可靠回收。
同时，采用CRC校验码校验数据的正确性。

一般的网络接口设备在转发数据是都采用存储转发的方式，转发延迟过大，导致整个系统的延时加大，实时性降低。
采用即时收/转（边收边转发）模式，在接收数据的同时完成处理和转发，代替常用的存储转发模式，只需4个时钟周期便可完成判断&转发，典型数据帧是（长度256Byte）转发延迟比存储转发缩短了30倍以上。
实测延时小于0.6us。

3）光纤HUB的换网动态重构及数据监测技术

利用高速开关阵列及FPGA集成的高速收发器，构建一个开关阵列，通过开关阵列的切换，形成内外双环的数据传输通路，是光纤网络数据在逻辑上形成一个环形传输方式，并通过FPGA收发器实时采集数据实现网络状态的监控及故障节点的自诊断自隔离。

4）高速电路设计及仿真验证技术

光纤反射内存网络波特率2.5Gbps，电信号的这个数据通讯速率下传输，属于高速电路设计。
为保证数据可靠传输、保证系统的电磁兼容性、信号完整性，对电路板PCB设计提出了较高的要求。
为保证设计质量，采用了Cadence公司的SigXplorer软件进行电路仿真，对仿真结果进行多轮迭代来改进设计。

反射内存网络是一种特殊类型的共享内存系统，旨在使多个独立计算机共享通用数据集。
反射内存网络可在每个子系统中保存整个共享内存的独立备份。
每个子系统均享有充分且不受限制的访问权限，还能以极高的本地内存写入速度修改本地数据集。
当数据写入本地反射内存备份，高速逻辑同步将其传输至环状网络的下一个节点。
每个后续节点同时将这个新数据写入本地备份，然后将其发送至环网的下一个节点。
当信息回到初始节点时便会被从网络中移除，然后，根据特定硬件与节点数目，网络上的所有计算机几个微妙之内便会在同一地址拥有相同数据。
本地处理器无需接入网络便能在任意时间读取这些数据。
通过这种方式，每台计算机便可始终拥有共享内存集的最新本地备份。
在本例的四个节点中，所有计算机只需2.1 μs便可接收到写入反射内存中的数据。

假设线缆长度较短、数据包规格最大且无网络流量，这种延迟计算便可能成立。
线缆长度与网络流量能够增加延迟，但只要网络带宽没有超限，延迟就不会出现明显增加。
反射内存板（节点）包括本地内存、嵌入式接口以及可为主机与反射内存提供访问通道的仲裁逻辑。
反射内存板可物理安装或连接至各种计算机总线中，包括VME, PCI/PCI-X, CompactPCI, PCI Express或其他能够集成PMC槽的标准/专用系统。
这就使得热门工作站可通过反射内存与单板计算机实现连接，无需考虑互用性。

反射内存可用于所有使用以太网、光纤通道或其他串行网络将计算机或可编程逻辑控制器连接在一起的应用场合，但并非适用于所有应用场合。
反射内存与以实时交互作用为首要关注因素的系统关系最为紧密。
在需要低延迟与高度通信的系统中，虽然反射内存板价格高于性能较低的硬件，但却能在性能方面，通过极高的易用性带来丰厚回报。

没有任何高性能局域网能像反射内存这样易于安装和操作。
理想的网络应该允许所有计算机同时访问彼此的内存。
反射内存通过在几微妙内赋予网络上每台计算机其他计算机内存有效副本的方式接近了这个构想，最多可连接多达256台计算机。
由于内存的全局属性，可能会有多台计算机同时进行访问。
所有CPU写入该公共内存空间的访问都将被复制到网络中的其他节点上。
反射内存透明地监测、复制这个数据，这样应用便能在无软件开销惩罚的情况下共享该数据。
操作系统与独立处理器现在，反射内存硬件可用于VME、PCI/PCI-X、PMC、PCI Express和其他各种格式。
这样便允许单独的反射内存网络连接不同总线。
附带PMC槽的嵌入式单板计算机（VME or CompactPCI）使用反射内存PMC板在主机底板上卸载流量。
用户可对高速网络进行配置，在该网络上，所有台式工作站、单板电脑或服务器均可直接通过任何带有可用CompactPCI, PCI/PCI-X, PCI Express,VMEbus槽,或PMC槽的计算机共享信息。
即使连接使用不同字节格式（大端和小端类型）的计算机，字节交换在反射内存系统中也不是问题。
基于PCI的反射内存板含有为字节交换专门设计的硬件。
该硬件提供快速、高效、可重复的双向转换。
此外，大端与小端类型的转换也不会发生协议开销或时间损失。
反射内存还有易用性，且无需考虑操作系统及其使用的设备。

系统设计人员越来越需要在更短时间内构造出更强大、更复杂的系统。
在这种情况下，硬件成本与软件和集成硬件/软件的成本相比微不足道，这点在单机系统与微系统中表现得更加明显。
在时间与系统正常运行的低单位投资成为市场上的关键因素时，使用反射内存便会带来极大的利益。
在这些要求苛刻的系统中，反射内存简单的读/写通信方式大大提高了产品上市时间，同时提高了网络上的数据通过量。

反射内存提供多个超过标准网络的特性：比如全局化内存、高速数据传输以及软件透明度，这些特性使反射内存成为最具吸引力的多机通讯解决方案。
与传统通讯方式的附加开发时间、测试、维护、文档编制和附加CPU要求所产生的成本相比，反射内存方案更加经济高效。

反射内存作为双端内存来工作，本地主机对它的反射内存地址空间进行写操作，该地址空间是本地内存的一个端口。
RFM板自动地将这个新的数据从它的另一个端口传出去，这个端口是连接在环状体系结构的网络上的光纤，工作速率为2.1G波特率。
网络中的下一个RFM板接收到这个新的数据，其本地内存将在400ns之内被更新。
反射内存网络可以大大节省软件开发的费用，因为不需要编写、测试任何的应用代码，也无需编写相应的文档，更无需维护装配信息和解码信息，以及从输入信息中解析数据。
软件成本是公司可以支配的独立的最为昂贵的开销。
RFM产品无需软件和学习曲线，将会大大节省产品的上市时间。

反射内存网络提供许多超出标准网络的特性。
诸如双端RFM，高速数据传输，以及软件透明之类的特性使得RFM产品的网络简单易用，并可为多计算机连接提供强大有力的解决方案。
与那些需要为附加的软件开发时间、测试、维护、文档以及额外的CPU要求提供开销的传统的连接方法相比，RFM产品的网络提供了性价比极为优越的高性能的选择。