反射內(nèi)存 PCI-5565 實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī) 半實(shí)物仿真系統(tǒng)

1）高實(shí)時(shí)性低開銷網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前主流公開的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如以太網(wǎng)所使用的TCP/IP協(xié)議雖然功能完備、運(yùn)行穩(wěn)定，但其傳輸機(jī)制和服務(wù)方式都比較復(fù)雜冗余，實(shí)時(shí)性較差，不適合于多實(shí)時(shí)性有較高要求的領(lǐng)域。

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)通訊協(xié)議要在保證高實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性前提下，降低協(xié)議的復(fù)雜度。在保證網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)和傳輸穩(wěn)定性的前提下，盡量提高系統(tǒng)的傳輸性能、實(shí)時(shí)性及相應(yīng)速度。同時(shí)要有完整的錯(cuò)誤處理機(jī)制，在錯(cuò)誤發(fā)生的情況下保證錯(cuò)誤不蔓延，有良好的自愈能力。

2）邊收邊轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式實(shí)現(xiàn)低延時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

在協(xié)議控制器設(shè)計(jì)上采用RFMMA(ReflectiveMemory Multiple Access)基于反射內(nèi)存的多模式存取技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)、IO、命令、中斷等多種數(shù)據(jù)傳輸模式。

在協(xié)議實(shí)現(xiàn)上，即協(xié)議控制器的設(shè)計(jì)上，要采取低延時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略，將轉(zhuǎn)發(fā)延遲控制在1us以內(nèi)，這個(gè)對(duì)協(xié)議控制器實(shí)現(xiàn)提出了很高的挑戰(zhàn)。主要采用此一下方法：1）采用邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，不采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，減小數(shù)據(jù)在單個(gè)節(jié)點(diǎn)上的轉(zhuǎn)發(fā)延遲，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。2）在協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，壓縮信息頭的長度，并將重要信息都放在信息頭前面，以方便轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)進(jìn)行快速判斷。3）設(shè)計(jì)了完備的數(shù)據(jù)幀回收機(jī)制，通過節(jié)點(diǎn)ID、傳輸計(jì)數(shù)器等方式保證了廢數(shù)據(jù)幀的可靠回收。同時(shí)，采用CRC校驗(yàn)碼校驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

一般的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)是都采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，轉(zhuǎn)發(fā)延遲過大，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的延時(shí)加大，實(shí)時(shí)性降低。采用即時(shí)收/轉(zhuǎn)（邊收邊轉(zhuǎn)發(fā)）模式，在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，代替常用的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，只需4個(gè)時(shí)鐘周期便可完成判斷&轉(zhuǎn)發(fā)，典型數(shù)據(jù)幀是（長度256Byte）轉(zhuǎn)發(fā)延遲比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)縮短了30倍以上。實(shí)測(cè)延時(shí)小于0.6us。

3）光纖HUB的換網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)

利用高速開關(guān)陣列及FPGA集成的高速收發(fā)器，構(gòu)建一個(gè)開關(guān)陣列，通過開關(guān)陣列的切換，形成內(nèi)外雙環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸通路，是光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在邏輯上形成一個(gè)環(huán)形傳輸方式，并通過FPGA收發(fā)器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控及故障節(jié)點(diǎn)的自診斷自隔離。

4）高速電路設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證技術(shù)

光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)波特率2.5Gbps，電信號(hào)的這個(gè)數(shù)據(jù)通訊速率下傳輸，屬于高速電路設(shè)計(jì)。為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸、保證系統(tǒng)的電磁兼容性、信號(hào)完整性，對(duì)電路板PCB設(shè)計(jì)提出了較高的要求。為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，采用了Cadence公司的SigXplorer軟件進(jìn)行電路仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行多輪迭代來改進(jìn)設(shè)計(jì)。

反射內(nèi)存網(wǎng)中的每個(gè)反射內(nèi)存節(jié)點(diǎn)（任何5565反射內(nèi)存卡）以菊花鏈的形式用光纖線互聯(lián)。**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**塊卡的接收端完成一個(gè)完整的環(huán)形連接。也可以將所有節(jié)點(diǎn)連接到一個(gè)或多個(gè)ACC-5595反射內(nèi)存HUB，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收和發(fā)送都必須連接，如果沒有檢測(cè)到光信號(hào)或失去同步反射內(nèi)存卡RFM-5565將不會(huì)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(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)必須唯一，節(jié)點(diǎn)號(hào)通過板上的撥碼開關(guān)S2進(jìn)行設(shè)置，任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不能有設(shè)置成同一個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)，每個(gè)板卡的節(jié)點(diǎn)號(hào)可以在通過NODEID進(jìn)行讀取顯示，節(jié)點(diǎn)號(hào)的順序并不重要。

主系統(tǒng)對(duì)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(cè)電路將自動(dòng)發(fā)起一個(gè)整個(gè)反射內(nèi)存網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)作。這個(gè)寫操作可以是一個(gè)簡單的PIO寫或是一個(gè)DMA周期。

當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)SDRAM的寫操作時(shí)，RFM-5565反射內(nèi)存卡自動(dòng)將數(shù)據(jù)和其它相關(guān)的信息寫入到發(fā)送緩沖器中（其它相關(guān)信息包括節(jié)點(diǎn)號(hào)，數(shù)據(jù)地址等信息），在發(fā)送緩沖器中，發(fā)送電路檢測(cè)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)變成一個(gè)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(gè)板卡的接收端口。

接收電路檢查數(shù)據(jù)包是否有錯(cuò)誤，當(dāng)無錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)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(chǔ)到板載的接收緩沖器。在接收緩沖器中，另一個(gè)電路將數(shù)據(jù)寫入到本地的SDRAM的和源節(jié)點(diǎn)相同的地址中。同時(shí)，該電路將數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到發(fā)送FIFO中，重復(fù)這個(gè)處理過程直到這個(gè)數(shù)據(jù)返回到源節(jié)點(diǎn)的接收端，在源節(jié)點(diǎn)中，接收電路檢測(cè)到數(shù)據(jù)包的NODEID和源節(jié)點(diǎn)的NODEID相同，因此將數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡(luò)中移除，這樣所有的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)都被更新了。