一、光纖網(wǎng)簡介 

在半實物仿真系統(tǒng)等實時系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)傳輸具有很高的實時性，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡技術，如以太網(wǎng)、FDDI等在實時應用中存在以下缺點：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率不高；（2）數(shù)據(jù)傳輸實時性差，傳輸延遲較大且延遲具有不可預測性；（3）網(wǎng)絡通信需要借助多種網(wǎng)絡協(xié)議來完成，通訊效率較低。 

實時光纖反射內(nèi)存網(wǎng)（Reflective memory network簡稱實時光纖網(wǎng)）是一種基于高速光纖網(wǎng)絡共享存儲技術的實時網(wǎng)絡。與傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)技術相比，它除了具有嚴格的傳輸確定性和可預測性外，還具有數(shù)據(jù)傳輸速度高、通信協(xié)議簡單、宿主機負載輕、軟硬件平臺適應性強等特點。 

實時光纖反射內(nèi)存網(wǎng)（簡稱實時光纖網(wǎng)）由插在計算機內(nèi)的光纖接口板通過光纖線連接在一起，形成一個環(huán)網(wǎng)（如圖1），每個節(jié)點的光纖接口板的板載存儲器都有其他節(jié)點的共享數(shù)據(jù)拷貝，在邏輯上全網(wǎng)的所有節(jié)點共享同一塊存儲器，數(shù)據(jù)一點寫入，多點同時更新，通過這種方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸與共享。 

二、實時網(wǎng)絡需求 

為提升計算能力，人們自然地想到研發(fā)性能更強的計算機，如天河系列等超級計算機應運而生，但超級計算機研制周期長、成本大、應用領域受限。為此，提出了集群系統(tǒng)概念，計算機集群系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡將PC機或工作站連接起來組成高性能計算系統(tǒng)。集群系統(tǒng)將一個任務并行在多臺計算機上執(zhí)行，組成一個實時系統(tǒng)。 

在實時系統(tǒng)中，系統(tǒng)最終結果的正確性不僅依賴于每一步計算得到的邏輯結果，而且依賴于得到結果的時刻，任務的完成時間是實時系統(tǒng)的決定性特征。根據(jù)實時性能的要求程度，實時系統(tǒng)可認為兩類，即軟實時和硬實時系統(tǒng)。對于軟實時系統(tǒng)，要求事件相應是實時的，但并不是嚴格強制的。但是，對于硬實時系統(tǒng)來講，每個任務都有一個處理截止事件，任務必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成，否則會影響全局任務的完成，給系統(tǒng)帶來不希望的破壞或者造成不可恢復的災難性后果。目前許多實時系統(tǒng)都采用硬實時系統(tǒng)，因為具有更強的實時性能。實時系統(tǒng)的應用需要實時互聯(lián)，構建實時網(wǎng)絡，完成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡節(jié)點間的實時傳輸。 

實時網(wǎng)絡必須具備高速、可靠、可預測三個特點，最重要的是通信的可預測性，可預測性是指實時網(wǎng)絡中各個節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間是確定的。隨著實時網(wǎng)絡應用領域的不斷擴展，目前已不僅僅局限于計算機集群系統(tǒng)的互聯(lián)，而是廣泛地應用在各種具有實時需求的互聯(lián)系統(tǒng)中，如半實物仿真、高速數(shù)據(jù)獲取等。 

實時網(wǎng)絡發(fā)展過程中，出現(xiàn)過兩種設計思路：基于單一總線的多CPU共享全局內(nèi)存和基于網(wǎng)絡的分布式內(nèi)存： 

相比基于單一總線的多CPU共享全局內(nèi)存系統(tǒng)，在基于網(wǎng)絡的分布式內(nèi)存體系中每個節(jié)點只訪問自己的本地內(nèi)存，不存在內(nèi)存占有沖突，由于這種方式能夠避免大量的總線仲裁控制時間而成為實時網(wǎng)絡的主要設計方式。 

實時網(wǎng)絡要保證高速、可靠、可預測這三大指標，但千兆以太網(wǎng)、光纖通道（Fiber Channel，F(xiàn)C）協(xié)議等，在可預測性上很差，首先是因為通過設備驅動和軟件網(wǎng)絡協(xié)議的工作模式增加了額外的不確定開銷，其次是同樣存在共享沖突和碰撞的問題（如千兆以太網(wǎng)GBE中采用CSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測機制、FC協(xié)議采用令牌環(huán)仲裁等）進一步增加了傳輸時間的不確定性。光纖反射內(nèi)存網(wǎng)很好的解決了上述問題。 

反射內(nèi)存網(wǎng)是基于網(wǎng)絡的分布式內(nèi)存硬實時網(wǎng)絡的一種設計思想，特點：1）反射內(nèi)存網(wǎng)硬件實現(xiàn)分布式RAM之間數(shù)據(jù)的傳輸、共享，整個過程具有很低的實現(xiàn)延遲；2）反射內(nèi)存網(wǎng)依靠硬件實現(xiàn)、不需要復雜的網(wǎng)絡協(xié)議控制，能夠在相同的傳輸帶寬下達到更高的有效速率；3）反射內(nèi)存網(wǎng)對數(shù)據(jù)的各種處理是通過硬件電路實現(xiàn)，在固定的時鐘頻率下周期工作，沒有不確定的時間開銷，確保數(shù)據(jù)處理的可預測性。 

三、光纖反射內(nèi)存網(wǎng)與以太網(wǎng)比較 

1）實時性 

反射內(nèi)存（RFM）是基于環(huán)狀/星狀的，高速復制的共享內(nèi)存網(wǎng)絡。它支持不同總線結構的多計算機系統(tǒng)，并且可以使用不同操作系統(tǒng)來共享高速的、穩(wěn)定速率的實時數(shù)據(jù) 

基于反射內(nèi)存構建的實時網(wǎng)絡是一種強實時高帶寬局域網(wǎng)技術，在互連的計算機間提供高效的數(shù)據(jù)傳輸。反射內(nèi)存網(wǎng)在所有互連的節(jié)點中虛擬出一段全局共享的網(wǎng)絡內(nèi)存，在分布系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存至內(nèi)存的通信，因此應用程序沒有軟件開銷。每臺結點機上插一塊反射內(nèi)存卡，卡上帶有雙端口內(nèi)存。每個節(jié)點機的各層應用軟件可以直接讀寫反射內(nèi)存卡上內(nèi)存。當數(shù)據(jù) 

反射內(nèi)存網(wǎng)中的每個反射內(nèi)存節(jié)點（任何5565反射內(nèi)存卡）以菊花鏈的形式用光纖線互聯(lián)。第一塊卡的發(fā)送必須連接到第二塊卡的接收端，第二塊卡的發(fā)送端連接到第三塊卡的接收端，以此類推，直到再連接到第一塊卡的接收端完成一個完整的環(huán)形連接。也可以將所有節(jié)點連接到一個或多個ACC-5595反射內(nèi)存HUB，每個節(jié)點的接收和發(fā)送都必須連接，如果沒有檢測到光信號或失去同步反射內(nèi)存卡RFM-5565將不會發(fā)送數(shù)據(jù)包（例如光纖線已損壞）。反射內(nèi)存網(wǎng)中每個節(jié)點的節(jié)點號必須唯一，節(jié)點號通過板上的撥碼開關S2進行設置，任何兩個節(jié)點不能有設置成同一個節(jié)點號，每個板卡的節(jié)點號可以在通過NODEID進行讀取顯示，節(jié)點號的順序并不重要。

主系統(tǒng)對反射內(nèi)存卡的板載SDRAM的寫操作后，反射內(nèi)內(nèi)卡的硬件檢測電路將自動發(fā)起一個整個反射內(nèi)存網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸動作。這個寫操作可以是一個簡單的PIO寫或是一個DMA周期。

當產(chǎn)生一個對SDRAM的寫操作時，RFM-5565反射內(nèi)存卡自動將數(shù)據(jù)和其它相關的信息寫入到發(fā)送緩沖器中（其它相關信息包括節(jié)點號，數(shù)據(jù)地址等信息），在發(fā)送緩沖器中，發(fā)送電路檢測數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)變成一個4到64字節(jié)長度可變的數(shù)據(jù)包。通過光纖接口發(fā)送到下一個板卡的接收端口。

接收電路檢查數(shù)據(jù)包是否有錯誤，當無錯誤發(fā)生時數(shù)據(jù)被接收。接收電路解開數(shù)據(jù)包并且將數(shù)據(jù)存儲到板載的接收緩沖器。在接收緩沖器中，另一個電路將數(shù)據(jù)寫入到本地的SDRAM的和源節(jié)點相同的地址中。同時，該電路將數(shù)據(jù)同時發(fā)送到發(fā)送FIFO中，重復這個處理過程直到這個數(shù)據(jù)返回到源節(jié)點的接收端，在源節(jié)點中，接收電路檢測到數(shù)據(jù)包的NODEID和源節(jié)點的NODEID相同，因此將數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡中移除，這樣所有的節(jié)點數(shù)據(jù)都被更新了。