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

實時光纖反射內存網(wǎng)（簡稱實時光纖網(wǎng)）由插在計算機內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共享全局內存和基于網(wǎng)絡的分布式內存

相比基于單一總線的多CPU共享全局內存系統(tǒng)在基于網(wǎng)絡的分布式內存體系中每個節(jié)點只訪問自己的本地內存不存在內存占有沖突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FC）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光纖反射內存網(wǎng)很好的解決了上述問題

反射內存網(wǎng)是基于網(wǎng)絡的分布式內存硬實時網(wǎng)絡的一種設計思想特點1）反射內存網(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光纖反射內存網(wǎng)與以太網(wǎng)比較

1）實時性

反射內存（RFM）是基于環(huán)狀/星狀的高速復制的共享內存網(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)絡內存在分布系統(tǒng)中實現(xiàn)內存至內存的通信因此應用程序沒有軟件開銷每臺結點機上插一塊反射內存卡卡上帶有雙端口內存每個節(jié)點機的各層應用軟件可以直接讀寫反射內存卡上內存