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3.与SAN相互连接的分布式系统

由于在分布式数据处理系统中，大量并行处理器受到总线的限制，所以可扩展一次性接口(SCI)就成为一个用于高级多处理器体系结构的最好的系统区域网络 (SAN)而发展起来。随后，第一个具有硬件一致性的基于SCI的高性能模块化多处理器系统被开发出来。根据多级物理模型，人们提出将用于高性价比系统的基于标准紧凑型PC (PC-board)和链路模块(如Dolphin)的高级集成化实时系统高效SAN体系结构用于实验物理研究中的高性能数据采集、控制和分布式数据处理。组建高性价比实时系统的一个最佳方法是使用工业计算机系统MB(ICS MB)、PC MB 或 cPCI/PXI，并根据实际的应用场合通过不同的拓扑连接到SAN中。

分布式并行数据处理模型包括对称多处理(SMP)、大规模并行处理(MPP)和机群系统(RMC和NUMA)。RMC(映射内存集群)是一个在节点和通信连接之间具有内存复制功能和内存传输机制的集群系统。

借助系统区域网络(SAN)的链路模块，分布式集成系统的高模块化结构能够支持分布式处理器和内存之间的高效交互作用。SAN包括以下几个级：

1)核心级由一套内核处理器、存储器、I/O控制器所组成，它们之间相互连接。与同一板上的片外存储器相比，新型单芯片微型机具有更短的通信链路，更易访问和更短的数据传输时间。

2) 系统模型的紧凑型板结构的原子级(A模块)包括用于特定目的和一般目的的处理器。用于数据采集和控制的最简高效实时　系统可以以具有单核、双核或三核处理器的标准PC MB为基础。在同一总线上，处理器模块有数量限制。对称多处理(SMP)是用于多处理器的基本软件模型。

3)分子级(宏观结构)取决于系统拓扑结构。大量多处理器节点可以通过SAN(“大总线”模型)连接到大型(千处理器)系统中以支持分布式集成实时系统用于数据采集、控制和数据处理应用。

4)分布式系统的相互连接基于链路、桥接和开关模块(L模块、B模块和S模块)。通信速度的成本比针脚和板空间的成本下降地更快。传统的通信基于总线，这限制了处理器的数目。

一个可行的解决方案是在许多独立的点对点连接上使用基于包的信号，这可以解决总线瓶颈的问题，但也带来了新的问题——如何保持系统中共享内存模型的cache一致性。

处理器模块之间的弱相互作用基于消息传送(以太网)。中级相互作用基于集群中使用的外部存储设备(磁盘、磁带)。处理器核之间的强相互作用基于直接读取分布式存储器，并在SCI上实现，SCI也支持处理器模块之间的弱相互作用。SCI的强相互作用包括小包交易(有回显地发送和响应分离的包)。包格式包括写 xx、读xx、移动xx和锁定命令，此处xx表示允许的数据块长度(数据字节数目，在数据包头的右方)。

可扩展性是增强多处理器实时系统性能(与千处理器系统相连接)的一个问题。

SAN架构的分布式存储器模型能支持并行流水线数据处理(计算)作为SMP模型运行于单个地址空间。64位地址支持每个节点上的256T字节。

Cache 一致性支持分布式并行数据处理实时系统中所有处理器的数据可用性。实时系统包含有许多处理器，它们尝试着修改单个数据或与此同时将数据的备份保存到自己的 cache中。通过软件或硬件实现的一致性阻止多处理器在同一时刻尝试修改同样的数据。硬件一致性支持高性能(高价格)而软件一致性则提供了高性能(低价格)。

模块化实时系统的拓扑结构应该基于一套精选过的模块来发展系统以达到最优化地解决确定问题的目的。它应该是个具有矩阵探测器的用于数据采集的矩阵或是用于3D图像的3D拓扑结构。在控制领域，系统应该需要有个类似于大型机器(线性或环形)结构的拓扑。

基于SAN的分布式系统应该共享64位SCI地址，高16位用于在适当的节点转发数据包。系统拓扑可以在简易环、多环、桥接或交换器的基础上实现处理器之间的并行流水线的强相互作用。SCI基于点到点的连接并支持同一时间内所有处理器模块的事务。商用Dolphin的L模块提供了每秒800M字节的双向 SCI连接用于移动大量的具有小型应用-应用潜力(2.3毫秒)的分布式数据并且减少了用于多点应用的最好的可扩展性的节点控制信息。

基于网络的分布式实时系统包括下面节点：连接到虚拟端(VS)的控制器端(CS)收集实时数据并输出控制数据。具有一个以太网端口的简易CS基于具有两个 PCI插槽的紧凑型ICS MB用于数据采集和控制模块。另一个端口用于扩展或另外的以太网连接。VS应该支持专业级的仿真、监测和测试。虚拟仪器和标准应用软件基于基本的操作系统 (Windows、Linux)，借助于10/100M以太网，它们工作于连接到大量安装有RTLinux的分布式CS的VS上。每个VS应该能够达到多服务器级。

可扩展模块化实时系统的联合通用模型集成了基于相互连接的网络(以太网)和SAN(SCI)的数据采集、触发和控制系统。对于控制技术领域中的工程系统来说，具有两个PCI插槽的紧凑型ICS MB (A模块)和以太网是个不错的平台。而对于实验物理领域中的高性能数据采集和触发系统来说，基于嵌入式cPCI/PXI且与SAN(SCI)相互连接的节点是个不错的平台。

关键词： 网络 控制系统 模块 分布 嵌入式