高實(shí)時性低開銷網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

目前主流公開的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如以太網(wǎng)所使用的TCP/IP協(xié)議雖然功能完備、運(yùn)行穩(wěn)定，但其傳輸機(jī)制和服務(wù)方式都比較復(fù)雜冗余，實(shí)時性較差，不適合于多實(shí)時性有較高要求的領(lǐng)域。

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)通訊協(xié)議要在保證高實(shí)時性和穩(wěn)定性前提下，降低協(xié)議的復(fù)雜度。在保證網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)和傳輸穩(wěn)定性的前提下，盡量提高系統(tǒng)的傳輸性能、實(shí)時性及相應(yīng)速度。同時要有完整的錯誤處理機(jī)制，在錯誤發(fā)生的情況下保證錯誤不蔓延，有良好的自愈能力。

邊收邊轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式實(shí)現(xiàn)低延時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

在協(xié)議控制器設(shè)計上采用RFMMA(Reflective Memory Multiple Access)基于反射內(nèi)存的多模式存取技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)、IO、命令、中斷等多種數(shù)據(jù)傳輸模式。

在協(xié)議實(shí)現(xiàn)上，即協(xié)議控制器的設(shè)計上，要采取低延時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略，將轉(zhuǎn)發(fā)延遲控制在1us以內(nèi)，這個對協(xié)議控制器實(shí)現(xiàn)提出了很高的挑戰(zhàn)。主要采用此一下方法：1）采用邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，不采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，減小數(shù)據(jù)在單個節(jié)點(diǎn)上的轉(zhuǎn)發(fā)延遲，提高系統(tǒng)實(shí)時性。2）在協(xié)議設(shè)計時，優(yōu)化設(shè)計，壓縮信息頭的長度，并將重要信息都放在信息頭前面，以方便轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)行快速判斷。3）設(shè)計了完備的數(shù)據(jù)幀回收機(jī)制，通過節(jié)點(diǎn)ID、傳輸計數(shù)器等方式保證了廢數(shù)據(jù)幀的可靠回收。同時，采用CRC校驗(yàn)碼校驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

一般的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)是都采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，轉(zhuǎn)發(fā)延遲過大，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的延時加大，實(shí)時性降低。采用即時收/轉(zhuǎn)（邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)）模式，在接收數(shù)據(jù)的同時完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，代替常用的存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，只需4個時鐘周期便可完成判斷&轉(zhuǎn)發(fā)，典型數(shù)據(jù)幀是（長度256Byte）轉(zhuǎn)發(fā)延遲比存儲轉(zhuǎn)發(fā)縮短了30倍以上。實(shí)測延時小于0.6us。

光纖HUB的換網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)及數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)

利用高速開關(guān)陣列及FPGA集成的高速收發(fā)器，構(gòu)建一個開關(guān)陣列，通過開關(guān)陣列的切換，形成內(nèi)外雙環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸通路，是光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在邏輯上形成一個環(huán)形傳輸方式，并通過FPGA收發(fā)器實(shí)時采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控及故障節(jié)點(diǎn)的自診斷自隔離。

高速電路設(shè)計及仿真驗(yàn)證技術(shù)

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)波特率2.5Gbps，電信號的這個數(shù)據(jù)通訊速率下傳輸，屬于高速電路設(shè)計。為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸、保證系統(tǒng)的電磁兼容性、信號完整性，對電路板PCB設(shè)計提出了較高的要求。為保證設(shè)計質(zhì)量，采用了Cadence公司的SigXplorer軟件進(jìn)行電路仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行多輪迭代來改進(jìn)設(shè)計。

反射內(nèi)存卡的通訊區(qū)別于其它常規(guī)的通訊方式，是一種無需軟件參與而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的通訊方式。以PCI5565為例，PCI5565在系統(tǒng)中映射一個128M的內(nèi)存空間，應(yīng)用程序?qū)⒉杉�的�?shù)據(jù)寫入板載的的內(nèi)存中，而將這個內(nèi)存中的數(shù)據(jù)共享到其它節(jié)點(diǎn)是由硬件來完成，硬件完成將數(shù)據(jù)以幀的方式傳遞到下一個節(jié)點(diǎn)，由于采用2.125G的光纖通訊這個速度是非常快的，縮短了數(shù)據(jù)同步的時間，在一些系統(tǒng)中可以認(rèn)為兩個內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是完全一樣的。在實(shí)時性更高的系統(tǒng)中而且這個時間是可以預(yù)測的，因此在一些ms級或更低仿真周期的仿真系統(tǒng)中反射內(nèi)存網(wǎng)的優(yōu)勢非常明顯。

反射內(nèi)存網(wǎng)區(qū)別于通用的通訊方式，但價格和成本一直比較高，不能像傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)那樣可以將成本做到很低，這限制了反射內(nèi)存的應(yīng)用，在一些成本敏感的系統(tǒng)中，只能是與常規(guī)網(wǎng)絡(luò)互為補(bǔ)充。但反射內(nèi)存的易用性降低了軟件開發(fā)的成本和周期，節(jié)省了CPU開銷，易于理解和使用，減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度，縮短了系統(tǒng)研發(fā)周期減小了風(fēng)險，這些優(yōu)點(diǎn)使反射內(nèi)存卡得到更多的應(yīng)用。

目前反射內(nèi)存網(wǎng)最為廣泛的應(yīng)用是在實(shí)時仿真系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中各個功能模塊劃分得十分清楚。負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的計算機(jī)，負(fù)責(zé)模型解算的計算機(jī)，負(fù)責(zé)圖像顯示的計算機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸出的計算機(jī)。負(fù)責(zé)系統(tǒng)綜合控制的計算機(jī)等等，可以擴(kuò)充和減少節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行分布外理。軟件開發(fā)也可以在不同的OS中進(jìn)行。這使得多個員工合作快速開發(fā)出一個健壯的系統(tǒng)成為可能。

當(dāng)然反射內(nèi)存卡有更多的應(yīng)用領(lǐng)域，這種可由設(shè)計人員自由發(fā)揮的，靈活設(shè)計系統(tǒng)。