[原创] 反射内存网在远距离分布式系统中的应用

trueleven 2019-1-12 12:57 楼主

反射内存网作为一种成熟技术，经过多年发展，目前在半实物实时仿真、飞行器模拟器、自动检测系统、发动机试验台，电站模拟器，高速数据采集，超视距雷达等应用领域得到广泛的应用。

反射内存独特的硬件结构，最大程度的简化了大量数据的实时传输问题。软件开发人员不需要理解复杂的数据传输过程，重发机制。只读进行本机的内存读写操作，由硬件自动完成与反射内存网中其它节点的数据同步。这种机制使得数据传输简单迅速，其极高的易用性简化了系统设计。反射内存网中节点网络的全局化内存、高速数据传输以及软件透明，使得反射内存卡在多机通讯方案中具有无可比拟的优势。

反射内存卡的系统框图如图1所示。该系统主要由SFF光模块、FPGA 控制模块、SDRAM存储模块、电源与时钟模块、串行解串器组成。其中，SFF 光模块实现 FPGA 控制模块与网络中其它反射内存卡之间的高速通信互联，提供 2.125Gbps 光纤通道连接；FPGA 控制模块选用高性能的FPGA芯片，实现整个数据发送与接收逻辑；板载128M或256M SDRAM，用于暂存网络中各反射内存卡的共享数据；电源与时钟模块为系统提供所需的电源与时钟。 FPGA模块将内存中发生改变的数据通过通过串行解串器和SFF光模块传输至网络中其它反射内存节点；同时，如果网络中其它反射内存卡内存中的数据发生改变， FPGA模块也将通过专用的串行通信模块接收SFF光模块传输的改变数据，并写入板载内存中，以实现局域网中计算机间的高带宽数据的交互共享。

图1：反射内存卡硬件原理框图

图2：环形拓扑结构

反射内存网提供了一个通过多模或单模光缆以2.12Gbaud速率运行的数据插入环形架构网络。与以太网系统不同，任意节点间传输不会影响到其它节点间的通讯，反射内存网可避免列队与检查数据包所需的复杂性、确保合适的连通性，不存在附加负载限制或终端规则。节点间的距离长达10KM。这些特性允许反射内存的数据传输速率高达170 MB/s，远高于千兆以太网100MB/s的效率。

反射内存允许所有网络节点中断其他或所有的节点。最多可分配多达 4个中断并可供用户用于功能、优先级和向量等原因进行自定义的中断。这些中断可用于任何功能，比如邮箱或网络数据同步。启用后，中断通常用于数据传输后中断某个或所有的网络节点。反射内存实时仿真网站分享了大量的技术资料和使用案例可供下载。

在一些分布式系统中，节点间的距离较远，反射内存卡使用单模光纤，节点距离可达10KM，例如在某系统中设备与监视中心必须与其保持最少3KM的距离。通过分配执行过程，设计人员能够在测试台安装能够进行数字化与预处理操作的计算机。这样，在控制室中，就仅需高速反射内存网络连接将数据发送回主计算机，从而取代长达 3KM数以百计的离散布线。这个远距离计算机接着分析、存档、格式化并将数据显示在测试人员的数据监视器上。通过使用高速反射内存连接，操作者可以观察并在发生改变时对其做出反应，在连接时会产生轻微延迟。通过安排控制人员和核心处理计算机至远离易变测试的安全位置，操作员可将对人员和设备的危险降至最低，并且不会影响到测试效果。如下图，中电八所与实时仿真技术网进行10KM单模光纤大批量数据传输测试。

图3：10公里多模光纤

图4：10公里单模光纤传输测试现场
在实时通讯系统中，反射内存卡逐渐成为标配。其原理易于理解，使用方法简单，抗干扰能力强，实时性高，支持中断传输，中断，软件开发代码少，扩展能力强，应用案例多，缩短了系统的研发周期，节省了人员支出，增强了系统健壮性，将软件开发人员从复杂的通讯协议中解放出来，不再为大批量的数据传输担心带宽，不确定的时延而浪费时间。反射内存卡也应用于包括轨道交通、冶金，电力系统仿真等行业。实时仿真技术网分享了大量的使用案例可供下载。

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