反射內存網在遠距離分布式系統中的應用

反射內存網作為一種成熟技術，經過多年發展，目前在半實物實時仿真、飛行器模擬器、自動檢測系統、發動機試驗臺，電站模擬器，高速數據采集，超視距雷達等應用領域得到廣泛的應用。

反射內存獨特的硬件結構，最大程度的簡化了大量數據的實時傳輸問題。軟件開發人員不需要理解復雜的數據傳輸過程，重發機制。只讀進行本機的內存讀寫操作，由硬件自動完成與反射內存網中其它節點的數據同步。這種機制使得數據傳輸簡單迅速，其極高的易用性簡化了系統設計。反射內存網中節點網絡的全局化內存、高速數據傳輸以及軟件透明，使得反射內存卡在多機通訊方案中具有無可比擬的優勢。

反射內存卡的系統框圖如圖1所示。 該系統主要由SFF光模塊、FPGA 控制模塊、SDRAM存儲模塊、電源與時鐘模塊、串行解串器組成。其中，SFF 光模塊實現 FPGA 控制模塊與網絡中其它反射內存卡之間的高速通信互聯，提供 2.125Gbps 光纖通道連接；FPGA 控制模塊選用高性能的FPGA芯片，實現整個數據發送與接收邏輯；板載128M或256M SDRAM，用于暫存網絡中各反射內存卡的共享數據；電源與時鐘模塊為系統提供所需的電源與時鐘。 FPGA模塊將內存中發生改變的數據通過通過串行解串器和SFF光模塊傳輸至網絡中其它反射內存節點；同時，如果網絡中其它反射內存卡內存中的數據發生改變， FPGA模塊也將通過專用的串行通信模塊接收SFF光模塊傳輸的改變數據，并寫入板載內存中，以實現局域網中計算機間的高帶寬數據的交互共享。
 

圖1：反射內存卡硬件原理框圖

圖2：環形拓撲結構

反射內存網提供了一個通過多模或單模光纜以2.12Gbaud速率運行的數據插入環形架構網絡。與以太網系統不同，任意節點間傳輸不會影響到其它節點間的通訊，反射內存網可避免列隊與檢查數據包所需的復雜性、確保合適的連通性，不存在附加負載限制或終端規則。節點間的距離長達10KM。這些特性允許反射內存的數據傳輸速率高達170 MB/s，遠高于千兆以太網100MB/s的效率。

反射內存允許所有網絡節點中斷其他或所有的節點。最多可分配多達 4個中斷并可供用戶用于功能、優先級和向量等原因進行自定義的中斷。這些中斷可用于任何功能，比如郵箱或網絡數據同步。啟用后，中斷通常用于數據傳輸后中斷某個或所有的網絡節點。反射內存實時仿真網站分享了大量的技術資料和使用案例可供下載。

在一些分布式系統中，節點間的距離較遠，反射內存卡使用單模光纖，節點距離可達10KM，例如在某系統中設備與監視中心必須與其保持最少3KM的距離。通過分配執行過程，設計人員能夠在測試臺安裝能夠進行數字化與預處理操作的計算機。這樣，在控制室中，就僅需高速反射內存網絡連接將數據發送回主計算機，從而取代長達 3KM數以百計的離散布線。這個遠距離計算機接著分析、存檔、格式化并將數據顯示在測試人員的數據監視器上。通過使用高速反射內存連接，操作者可以觀察并在發生改變時對其做出反應，在連接時會產生輕微延遲。通過安排控制人員和核心處理計算機至遠離易變測試的安全位置，操作員可將對人員和設備的危險降至最低，并且不會影響到測試效果。如下圖，中電八所與實時仿真技術網進行10KM單模光纖大批量數據傳輸測試。
 
圖3：10公里多模光纖

圖4：10公里單模光纖傳輸測試現場
在實時通訊系統中，反射內存卡逐漸成為標配。其原理易于理解，使用方法簡單，抗干擾能力強，實時性高，支持中斷傳輸，中斷，軟件開發代碼少，擴展能力強，應用案例多，縮短了系統的研發周期，節省了人員支出，增強了系統健壯性，將軟件開發人員從復雜的通訊協議中解放出來，不再為大批量的數據傳輸擔心帶寬，不確定的時延而浪費時間。反射內存卡也應用于包括軌道交通、冶金，電力系統仿真等行業。實時仿真技術網分享了大量的使用案例可供下載。