GE反射内存卡VMIC5565

高实时性低开销网络通讯协议的设计与实现

目前主流公开的网络协议，如以太网所使用的TCP/IP协议虽然功能完备、运行稳定，但其传输机制和服务方式都比较复杂冗余，实时性较差，不适合于多实时性有较高要求的领域。

光纤反射内存网通讯协议要在保证高实时性和稳定性前提下，降低协议的复杂度。在保证网络基本服务和传输稳定性的前提下，尽量提高系统的传输性能、实时性及相应速度。同时要有完整的错误处理机制，在错误发生的情况下保证错误不蔓延，有良好的自愈能力。

边收边转的数据转发模式实现低延时数据转发

在协议控制器设计上采用RFMMA(Reflective Memory Multiple Access)基于反射内存的多模式存取技术，支持数据、IO、命令、中断等多种数据传输模式。

在协议实现上，即协议控制器的设计上，要采取低延时的数据转发策略，将转发延迟控制在1us以内，这个对协议控制器实现提出了很高的挑战。主要采用此一下方法：1）采用边收边转发的数据传输模式，不采用存储转发模式，减小数据在单个节点上的转发延迟，提高系统实时性。2）在协议设计时，优化设计，压缩信息头的长度，并将重要信息都放在信息头前面，以方便转发时进行快速判断。3）设计了完备的数据帧回收机制，通过节点ID、传输计数器等方式保证了废数据帧的可靠回收。同时，采用CRC校验码校验数据的正确性。

一般的网络接口设备在转发数据是都采用存储转发的方式，转发延迟过大，导致整个系统的延时加大，实时性降低。采用即时收/转（边收边转发）模式，在接收数据的同时完成处理和转发，代替常用的存储转发模式，只需4个时钟周期便可完成判断&转发，典型数据帧是（长度256Byte）转发延迟比存储转发缩短了30倍以上。实测延时小于0.6us。

光纤HUB的换网动态重构及数据监测技术

利用高速开关阵列及FPGA集成的高速收发器，构建一个开关阵列，通过开关阵列的切换，形成内外双环的数据传输通路，是光纤网络数据在逻辑上形成一个环形传输方式，并通过FPGA收发器实时采集数据实现网络状态的监控及故障节点的自诊断自隔离。

高速电路设计及仿真验证技术

光纤反射内存网络波特率2.5Gbps，电信号的这个数据通讯速率下传输，属于高速电路设计。为保证数据可靠传输、保证系统的电磁兼容性、信号完整性，对电路板PCB设计提出了较高的要求。为保证设计质量，采用了Cadence公司的SigXplorer软件进行电路仿真，对仿真结果进行多轮迭代来改进设计。

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  反射内存特性

1. 高速，易于使用的光纤网络

2. 33mhz 64-bit/32-bit 兼容 pci 总线，支持 3.3v 和 5.0v 电平

3. 66mhz 64-bit/32-bit 兼容 pci 总线，支持 3.3v 电平。

4. 网络传输无需处理器参与

5. 可选冗余传输模式

6. 多达 256 个节点

7. 多模传输达 300 米，单模*高 10 公里

8. 自动调整数据包大小 4 到 64 字节

9. 光纤网络传输速率 43mbyte/s 到 170mbyte/s

10. 带校验的 128/256mbytes 板载内存

11. 独立 dma 通道

12. 可带 32ibt 数据的网络中断

13. 在同一个网络中可为不同体系结构进行大小端转换

14. pio 窗口 2mbytes,16mbytes 到 64mbytes 和到板载内存大小可设置

15. 操作系统支持：windows,linux,vxworks 等

16. rohs 兼容

 反射内存卡连接方式分为单向环形连接和星形连接两种，单向环形网络结构具有先天的“无冲突”、“全负载”、自然排序和严格确定传输延迟功能。这种网络结构下，所有的节点无论以何种方式，同时以大的速率突发或持续传送数据，环形网络都可以借助物理结构自然的实现无冲突的排序和传播，不会对网络实时性能和传输性能构成任何不利影响。网络一旦构成，任意两点间的传输延迟都是严格确定的。不仅如此，数据发送方还能利用环形回路，实时可靠的计算传输延迟和接收确认，具有极高的容错性和可靠性。但是单向环形连接方法存在一个弊病，就是传输时所有的板卡必须加电才可以连通工作。解决此弊病的方法是采用星形连接，通过反射内存 hub 来旁路损坏或者掉电的板卡，构成更稳定的网路结构  

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