一,、光纖網(wǎng)簡(jiǎn)介

在半實(shí)物仿真系統(tǒng)等實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性,而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),如以太網(wǎng),、FDDI等在實(shí)時(shí)應(yīng)用中存在以下缺點(diǎn):(1)數(shù)據(jù)傳輸速率不高;(2)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性差,傳輸延遲較大且延遲具有不可預(yù)測(cè)性;(3)網(wǎng)絡(luò)通信需要借助多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來完成,通訊效率較低.

實(shí)時(shí)光纖反射內(nèi)存網(wǎng)(Reflective memory network簡(jiǎn)稱實(shí)時(shí)光纖網(wǎng))是一種基于高速光纖網(wǎng)絡(luò)共享存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò).與傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比,它除了具有嚴(yán)格的傳輸確定性和可預(yù)測(cè)性外,還具有數(shù)據(jù)傳輸速度高、通信協(xié)議簡(jiǎn)單、宿主機(jī)負(fù)載輕,、軟硬件平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn).

實(shí)時(shí)光纖反射內(nèi)存網(wǎng)(簡(jiǎn)稱實(shí)時(shí)光纖網(wǎng))由插在計(jì)算機(jī)內(nèi)的光纖接口板通過光纖線連接在一起,形成一個(gè)環(huán)網(wǎng)(如圖1),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光纖接口板的板載存儲(chǔ)器都有-節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)拷貝,在邏輯上全網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)共享同一塊存儲(chǔ)器,數(shù)據(jù)一點(diǎn)寫入,多點(diǎn)同時(shí)更新,通過這種方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸與共享.

二,、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)需求

為提升計(jì)算能力,人們自然地想到研發(fā)性能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī),如天河系列等超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,但超級(jí)計(jì)算機(jī)研制周期長(zhǎng),、成本大、應(yīng)用領(lǐng)域受限.為此,提出了集群系統(tǒng)概念,計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)將PC機(jī)或工作站連接起來組成高性能計(jì)算系統(tǒng).集群系統(tǒng)將一個(gè)任務(wù)并行在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行,組成一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng).

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,系統(tǒng)最終結(jié)果的正確性不僅依賴于每一步計(jì)算得到的邏輯結(jié)果,而且依賴于得到結(jié)果的時(shí)刻,任務(wù)的完成時(shí)間是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的決定性特征.根據(jù)實(shí)時(shí)性能的要求程度,實(shí)時(shí)系統(tǒng)可認(rèn)為兩類,即軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng).對(duì)于軟實(shí)時(shí)系統(tǒng),要求事件相應(yīng)是實(shí)時(shí)的,但并不是嚴(yán)格強(qiáng)制的.但是,對(duì)于硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)來講,每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)處理截止事件,任務(wù)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成,否則會(huì)影響全局任務(wù)的完成,給系統(tǒng)帶來不希望的破壞或者造成不可恢復(fù)的災(zāi)難性后果.目前許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)都采用硬實(shí)時(shí)系統(tǒng),因?yàn)榫哂懈鼜?qiáng)的實(shí)時(shí)性能.實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用需要實(shí)時(shí)互聯(lián),構(gòu)建實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò),完成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)傳輸.

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)必須具備高速,、可靠、可預(yù)測(cè)三個(gè)特點(diǎn),最重要的是通信的可預(yù)測(cè)性,可預(yù)測(cè)性是指實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是確定的.隨著實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,目前已不僅僅局限于計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)的互聯(lián),而是廣泛地應(yīng)用在各種具有實(shí)時(shí)需求的互聯(lián)系統(tǒng)中,如半實(shí)物仿真,、高速數(shù)據(jù)獲取等.

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中,出現(xiàn)過兩種設(shè)計(jì)思路:基于單一總線的多CPU共享全局內(nèi)存和基于網(wǎng)絡(luò)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(luò)的分布式內(nèi)存體系中每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shí)間而成為實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)計(jì)方式.

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)要保證高速,、可靠、可預(yù)測(cè)這三大指標(biāo),但千兆以太網(wǎng),、光纖通道(Fiber Channel,FC)協(xié)議等,在可預(yù)測(cè)性上很差,首先是因?yàn)橥ㄟ^設(shè)備驅(qū)動(dòng)和軟件網(wǎng)絡(luò)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-多路訪問/沖突檢測(cè)機(jī)制,、FC協(xié)議采用令牌環(huán)仲裁等)進(jìn)一步增加了傳輸時(shí)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(luò)的分布式內(nèi)存硬實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)思想,特點(diǎn):1)反射內(nèi)存網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)分布式RAM之間數(shù)據(jù)的傳輸、共享,整個(gè)過程具有很低的實(shí)現(xiàn)延遲;2)反射內(nèi)存網(wǎng)依靠硬件實(shí)現(xiàn),、不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制,能夠在相同的傳輸帶寬下達(dá)到更高的有效速率;3)反射內(nèi)存網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的各種處理是通過硬件電路實(shí)現(xiàn),在固定的時(shí)鐘頻率下周期工作,沒有不確定的時(shí)間開銷,確保數(shù)據(jù)處理的可預(yù)測(cè)性.

三,、光纖反射內(nèi)存網(wǎng)與以太網(wǎng)比較

1)實(shí)時(shí)性

反射內(nèi)存(RFM)是基于環(huán)狀/星狀的,高速?gòu)?fù)制的共享內(nèi)存網(wǎng)絡(luò).它支持不同總線結(jié)構(gòu)的多計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

基于反射內(nèi)存構(gòu)建的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)是一種強(qiáng)實(shí)時(shí)高帶寬局域網(wǎng)技術(shù),在互連的計(jì)算機(jī)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(diǎn)中虛擬出一段全局共享的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存,在分布系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)內(nèi)存至內(nèi)存的通信,因此應(yīng)用程序沒有軟件開銷.每臺(tái)結(jié)點(diǎn)機(jī)上插一塊反射內(nèi)存卡,卡上帶有雙端口內(nèi)存.每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)的各層應(yīng)用軟件可以直接讀寫反射內(nèi)存卡上內(nèi)存.當(dāng)數(shù)據(jù)