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，如天河系列等計算機應運而生，但計算機研制周期長、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)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，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。當數(shù)據(jù)

反射內存網(wǎng)絡（RFM網(wǎng)絡）是基于環(huán)狀/星狀、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)，并且可以使用不同的操作系統(tǒng)來共享高速的，穩(wěn)定速率的實時數(shù)據(jù)。

反射內存可廣泛用于各種領域，例如實時的飛行仿真器、核電站仿真器、電訊、高速過程控制（軋鋼廠和制鋁廠）、高速測試和測量以及軍事系統(tǒng)。

與那些需要為附加的軟件開發(fā)時間，測試，維護，文檔，以及額外的CPU要求提供開銷的傳統(tǒng)的連接方法相比，RFM產(chǎn)品的網(wǎng)絡提供了性價比極為優(yōu)越的高性能的選擇。

　　反射內存的優(yōu)點：

■ 高速的、基于2.12G波特率的網(wǎng)絡，大傳輸速率可達174Mbyte/s；

■ 簡單易用；　　

■ 與操作系統(tǒng)和處理器無關；　　

■ 徹底省去軟件開發(fā)開銷和周期；　

■ 可以實現(xiàn)實時連接的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸；　　

■ 可以與通用的計算機和總線連接；　

■ 比標準通信和技術更為優(yōu)越；　　

■ 極短的數(shù)據(jù)傳輸延遲；　　

■ 簡單的軟件，較低的管理費用和較高的抗干擾能力；　

■ 節(jié)點間距離可達10公里（單模）/300米（多模）。
　　反射內存實時網(wǎng)的特點

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反射內存可用于所有使用以太網(wǎng)、光纖通道或其他串行網(wǎng)絡將計算機或可編程邏輯控制器連接在一起的應用場合，但并非適用于所有應用場合。反射內存與以實時交互作用為首要關注因素的系統(tǒng)關系為緊密。在需要低延遲與高度通信的系統(tǒng)中，雖然反射內存板價格高于性能較低的硬件，但卻能在性能方面，通過極高的易用性帶來豐厚回報。

沒有任何高性能局域網(wǎng)能像反射內存這樣易于安裝和操作。理想的網(wǎng)絡應該允許所有計算機同時訪問彼此的內存。反射內存通過在幾微妙內賦予網(wǎng)絡上每臺計算機其他計算機內存有效副本的方式接近了這個構想，多可連接多達256臺計算機。由于內存的全局屬性，可能會有多臺計算機同時進行訪問。所有CPU寫入該公共內存空間的訪問都將被復制到網(wǎng)絡中的其他節(jié)點上。反射內存透明地監(jiān)測、復制這個數(shù)據(jù)，這樣應用便能在無軟件開銷懲罰的情況下共享該數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)與獨立處理器現(xiàn)在，反射內存硬件可用于VME、PCI/PCI-X、PMC、PCI Express和其他各種格式。

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