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反射內存網的原理
反射內存網 (RMN,Reflective Memory Network) 是一種高速的實時網絡,它允許采用不同的
總線結構和不同的操作系統(tǒng)的計算機以確定的速率分享實時的數據。反射內存網不僅具有嚴格的傳
輸確定性和可預測性,而且具有高速、主機負載輕、軟硬件兼容性強、易于使用、可靠的傳輸糾錯
能力、支持中斷信號傳輸等特點。現在有很多該類型的實時網絡產品。如 Systran 公司的 SCRAMNet、
VMIC 公司的 RTNet 和早期 DEC 的 MemoryChannel 都是流行一時的反射內存網絡產品。由于現有的許
多飛行仿真系統(tǒng)中采用的大多是 VMIC 公司的產品,所以本文主要以 VMIC 公司的反射內存板為主進
行研究討論。
反射內存網主要是由反射內存板通過光纖等傳輸介質連接而成的,網上的每臺計算機插入一塊
反射內存板形成各個節(jié)點,而每個節(jié)點的反射內存板上的存儲器中都有反射內存網上其它節(jié)點的共
享數據拷貝。反射內存板可以插在多種總線的主板上,如 VME、PCI、CompactPCI 等。每個反射內存
板都占有一段內存地址,網上任何計算機向本地反射內存板寫數據時,該數據和相應內存地址被廣
播到網上所有其他反射內存板并存儲在相同的位置。所以計算機將數據寫入其本地反射內存板后的
極短時間內,網上所有計算機都可以訪問這個新數據。反射內存板使用簡單的讀寫方式,反射內存
網上的數據傳輸是純硬件操作,不需要考慮網絡的通信協議,軟件上只需要幾行代碼就可完成對反
射內存板的讀、寫操作,因此它與以太網等其他傳統(tǒng)網絡相比具有更低的數據傳輸延遲、更快的傳
輸速度,更簡單靈活的使用操作,可以滿足實時系統(tǒng)快速反應周期的要求,而采用其他網絡就很難
滿足這種要求。
反射內存網的物理拓樸結構主要有兩種:一種為星型結構(如圖 1);另一種為環(huán)型結構(如圖
2)。環(huán)型結構的優(yōu)點為不需要光纖 Hub、光纖使用量少、節(jié)省經費;缺點是每個節(jié)點有延時,網絡
中某一個節(jié)點設備故障或掉電都將影響整個網絡的正常工作。星型結構的優(yōu)點是需要一個專門的光
纖 Hub、消除了單點失效、實現了故障隔離,與環(huán)型結構相比具有更小的延時;缺點是網絡中的 Hub
一旦發(fā)生故障,整個網絡將會癱瘓,另外光纖使用量多,所需經費較多。
為了便于研究討論,下面就以某新型飛機仿真模擬系統(tǒng)其中一個子系統(tǒng)的高速反射內存網的構
建為例,對反射內存網實時通信技術進行應用研究。該系統(tǒng)中由若干個 VMICPCI-5588、VMICVME-
5588 的反射內存板建成一個環(huán)型反射內存網,大量的數據通過反射內存網進行實時更新、傳輸。
VMICPCI-5588 和 VMICVME-5588 是 VMC 公司的反射內存網的主流產品,提供了 ST 的光纖接口,
光纖傳輸帶寬為 1.2Gbaud,實際網絡數據傳輸率為 29.5MBps,支持 256 個節(jié)點,兩節(jié)點間距離
***長支持 1000 英尺(304.8 米),板上存儲器大小為1MB(***多可達到 16MB)。該仿真模擬系統(tǒng)除了
航電系統(tǒng)計算機支持 VME 總線外,其他計算機都支持 PCI 總線,把反射內存板插入相應的計算機后,
可通過光纖把它們連成一個完整的整體。整個環(huán)型反射內存網的結構示意圖如圖 2 所示。
構建一個環(huán)型反射內存網主要是設置反射內存板和光纖連接。在反射內存板中有許多跳線可以
設置,一般只須使用缺省設置即可。需要設置的主要有以下兩個:在 E1跳線中設置板卡的 ID 號,
不同節(jié)點的反射內存板要有不同的 ID 號,特別是當某節(jié)點的反射內存板出現故障需更換時,新反射
內存板上的 ID 號設置必須與舊反射內存板一致,否則將無法正常使用;E3 的跳線中設置是否為冗
余傳輸,冗余傳輸可以防止傳輸出錯,保證傳輸的可靠性。VMICPCI-5588 反射內存板插入機器的
任意一個 PCI 槽即可,作為典型的 PCI 產品,系統(tǒng)可以自動識別,其驅動程序根據提示一步步安裝
即可。VMICVME-5588 反射內存板的安裝可根據說明進行安裝。進行環(huán)型連接時,光纖須按收發(fā)順
序接好。由于 VMICXXX-5588 系列不支持星型連接,所以如果需要進行星型連接的話,可采用 VMICXXX
-5565 等其它系列的反射內存網產品。當進行星型連接時,除了要設置 ID 號外,只要將光纖連接
到光纖 Hub 上即可。在進行星型連接時,還要注意一點,就是光纖Hub 的波特率必須與反射內存板
匹配,否則將無法進行通信。
在分布式交互仿真日益發(fā)展的今天,要求把不同用途的仿真平臺集成在一起。那么兩個采用不
同反射內存網拓樸結構的仿真系統(tǒng)如何進行集聯呢?由于環(huán)型連接采用的反射內存板與星型連接的
反射內存板是不同的,所以它們之間的分布交互式連接是不能直接用光纖簡單進行連接的,而是需
要一座"橋梁"在中間幫助它們進行"溝通"。這座"橋梁"的作用可通過一臺計算機來實現。假設
環(huán)型連接采用的是 VMICXXX-5588 系列的反射內存板,而星型連接采用的是 VMICXXX-5565 系列的
新的主流半實物實時仿真系統(tǒng)都是基于5565系列反射內存網。PCI-5565PIORC,PMC-5565PIORC,PCIE-5565,VME5565這一系列板卡支持多種硬件平臺和多種操作系統(tǒng),經過多年的驗證,5565PIORC系列反射內存卡提供了更高的集成度和更高的可靠性。
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反射內存卡-實時仿真技術網(http://www.vmic5565.com/)的成立正是為了推動國內反射內存產品的研究、發(fā)展與應用。主要研究反射內存技術,高速數據傳輸技術,接口內存讀寫機制,實時操作系統(tǒng)中的應用。網站包括經典分布式仿真系統(tǒng),過程控制,數據采集,半實物仿真和抗干擾遠距離數據傳輸的使用案例。