反射内存 PCI-5565 实时仿真计算机 半实物仿真系统

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。

反射内存网中的每个反射内存节点（任何5565反射内存卡）以菊花链的形式用光纤线互联。**块卡的发送必须连接到第二块卡的接收端，第二块卡的发送端连接到第三块卡的接收端，以此类推，直到再连接到**块卡的接收端完成一个完整的环形连接。也可以将所有节点连接到一个或多个ACC-5595反射内存HUB，每个节点的接收和发送都必须连接，如果没有检测到光信号或失去同步反射内存卡RFM-5565将不会发送数据包（例如光纤线已损坏）。反射内存网中每个节点的节点号必须唯一，节点号通过板上的拨码开关S2进行设置，任何两个节点不能有设置成同一个节点号，每个板卡的节点号可以在通过NODEID进行读取显示，节点号的顺序并不重要。

主系统对反射内存卡的板载SDRAM的写操作后，反射内内卡的硬件检测电路将自动发起一个整个反射内存网的数据传输动作。这个写操作可以是一个简单的PIO写或是一个DMA周期。

当产生一个对SDRAM的写操作时，RFM-5565反射内存卡自动将数据和其它相关的信息写入到发送缓冲器中（其它相关信息包括节点号，数据地址等信息），在发送缓冲器中，发送电路检测数据，并且将数据变成一个4到64字节长度可变的数据包。通过光纤接口发送到下一个板卡的接收端口。

接收电路检查数据包是否有错误，当无错误发生时数据被接收。接收电路解开数据包并且将数据存储到板载的接收缓冲器。在接收缓冲器中，另一个电路将数据写入到本地的SDRAM的和源节点相同的地址中。同时，该电路将数据同时发送到发送FIFO中，重复这个处理过程直到这个数据返回到源节点的接收端，在源节点中，接收电路检测到数据包的NODEID和源节点的NODEID相同，因此将数据包从网络中移除，这样所有的节点数据都被更新了。