在冷軋、熱軋等一些工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于壓力、轉(zhuǎn)速有著極為嚴(yán)苛的規(guī)定要求，必須在極短的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的參數(shù)調(diào)節(jié)，微小的延時(shí)就會(huì)造成生產(chǎn)誤差和嚴(yán)重浪費(fèi)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)的性能尚不能完全滿足此類(lèi)高度確定性、高度時(shí)間性要求的應(yīng)用需求。GE智能平臺(tái)針對(duì)嚴(yán)苛的仿真、過(guò)程控制和數(shù)據(jù)采集推出的反射內(nèi)存技術(shù)恰恰彌補(bǔ)了這種不足，以其確定性、低延遲、高速內(nèi)存共享等特點(diǎn)符合了實(shí)時(shí)性很高的環(huán)境需求。

低延遲性  反射內(nèi)存是種基于2.12G波特率的高速網(wǎng)絡(luò)，最大傳輸速率可達(dá)174Mbyte/s。GE智能平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用工程師邵劍鋒介紹，在反射內(nèi)存光纖環(huán)網(wǎng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入本地反射內(nèi)存?zhèn)浞?，高速邏輯同步將其傳輸至環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可以隨時(shí)在任何節(jié)點(diǎn)插入數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)從前一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包解包檢查錯(cuò)誤并將這個(gè)新數(shù)據(jù)寫(xiě)入本地備份，然后將其發(fā)送至環(huán)網(wǎng)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)數(shù)據(jù)包完成數(shù)據(jù)流環(huán)繞返回至初始節(jié)點(diǎn)時(shí)便會(huì)被從網(wǎng)絡(luò)中移除。通過(guò)這種方式，每臺(tái)計(jì)算機(jī)便可始終擁有共享內(nèi)存集的最新本地備份，沒(méi)有軟件延遲，硬件延遲微乎其微。如圖1所示，四個(gè)節(jié)點(diǎn)中所有計(jì)算機(jī)只需2.1μs便可接收到寫(xiě)入反射內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。這種低延遲性能對(duì)于構(gòu)建實(shí)時(shí)系統(tǒng)(例如模擬器、PLC控制器系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)或高可用性系統(tǒng))起著至關(guān)重要的作用。

作為一種特殊類(lèi)型的共享內(nèi)存系統(tǒng)，所有CPU寫(xiě)入該公共內(nèi)存空間的訪問(wèn)都將被復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)上，最多可連接多達(dá)256臺(tái)計(jì)算機(jī)。每個(gè)子系統(tǒng)均享有充分且不受限制的訪問(wèn)權(quán)限。

除了環(huán)形結(jié)構(gòu)，反射內(nèi)存數(shù)據(jù)交互星形拓?fù)涫且粋€(gè)發(fā)展方向，能使同步性更高。通過(guò)使用光纖集線器，即使節(jié)點(diǎn)中斷已經(jīng)關(guān)閉，集線器仍會(huì)自動(dòng)地繞過(guò)終止操作的任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)傳輸，每臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)始終具有網(wǎng)絡(luò)共享內(nèi)存集合的本地最新備份，備份節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)使用與失效的系統(tǒng)一樣的內(nèi)存來(lái)無(wú)縫地接管處理工作，以減少意外停機(jī)可能對(duì)生產(chǎn)率、盈利能力和性能產(chǎn)生的嚴(yán)重影響。

能否被取代？ GE反射內(nèi)存提供了通過(guò)光纜以2.12Gbaud速率運(yùn)行的數(shù)據(jù)插入環(huán)形架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間距離可達(dá)10公里（單模）/300米（多模）。邵劍鋒說(shuō)：“相比百兆、千兆以太網(wǎng)，反射內(nèi)存具有更高的實(shí)時(shí)性，相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)最長(zhǎng)延遲不超過(guò)750納秒，而以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線目前都無(wú)法滿足此要求，千兆以太網(wǎng)（包括協(xié)議報(bào)頭）的速率只有100MB/s。”（見(jiàn)圖2）由于IP協(xié)議費(fèi)用、尋址和內(nèi)存寫(xiě)入次數(shù)等限制，采用以太網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要達(dá)到相同的延遲也是相當(dāng)困難的。

那么，工業(yè)萬(wàn)兆以太網(wǎng)的發(fā)展是否將對(duì)反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)造成沖擊呢？邵劍鋒認(rèn)為，目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更多的仍是百兆、千兆工業(yè)以太網(wǎng)，萬(wàn)兆應(yīng)用停留在服務(wù)器層面。萬(wàn)兆工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模應(yīng)用從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講是可能的，但是仍需較長(zhǎng)時(shí)間，而GE目前也正在積極研發(fā)速度可以達(dá)到10G的光纖技術(shù)，以進(jìn)一步滿足實(shí)時(shí)性要求更嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)用。

此外CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，反射內(nèi)存不依靠任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)www.cechina.cn，可確保合適的連通性，不存在附加負(fù)載限制或終端規(guī)則，這也是其一大優(yōu)勢(shì)?！胺瓷鋬?nèi)存硬件可用于VME、PCI/PCI-X、PMC、PCIExpress和其他各種格式，這樣便允許單獨(dú)的反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)連接不同總線，設(shè)計(jì)和實(shí)施方案不需要考慮太多的系統(tǒng)兼容問(wèn)題，可以組建自適應(yīng)系統(tǒng)，方便現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)組建和擴(kuò)展?！鄙蹌︿h說(shuō)，“另外，有協(xié)議就意味著CPU開(kāi)銷(xiāo)，數(shù)據(jù)會(huì)在傳輸過(guò)程中有所損失，而反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)能傳輸裸數(shù)據(jù)，極低的數(shù)據(jù)延遲，傳輸數(shù)據(jù)確定性有效性更高，CPU開(kāi)銷(xiāo)更小?！狈瓷鋬?nèi)存透明地監(jiān)測(cè)、復(fù)制數(shù)據(jù)，這樣便能在無(wú)軟件開(kāi)銷(xiāo)的情況下共享該數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)通訊方式的附加開(kāi)發(fā)時(shí)間、測(cè)試、維護(hù)、文檔編制和附加CPU要求所產(chǎn)生的成本相比，更加經(jīng)濟(jì)高效。

適用范圍  既然反射內(nèi)存有這么多優(yōu)勢(shì)，是否適用于所有的工業(yè)環(huán)境應(yīng)用呢？答案是否定的。反射內(nèi)存技術(shù)是GE獨(dú)特的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以和GE其他嵌入式平臺(tái)結(jié)合組建實(shí)時(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，用于所有使用以太網(wǎng)、光纖通道或其他串行網(wǎng)絡(luò)將計(jì)算機(jī)或可編程邏輯控制器連接在一起的應(yīng)用場(chǎng)合，如實(shí)時(shí)的飛行仿真器、電訊、高速過(guò)程控制（軋鋼廠和制鋁廠）、高速測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)等，但并非適用于所有應(yīng)用場(chǎng)合。“反射內(nèi)存與以實(shí)時(shí)交互作用為首要關(guān)注因素的系統(tǒng)關(guān)系最為緊密。在需要低延遲與高度通信的系統(tǒng)中，雖然反射內(nèi)存板價(jià)格高于性能較低的硬件，但卻能通過(guò)極高的功能性和易用性帶來(lái)豐厚回報(bào)。”當(dāng)然，邵劍鋒也表示，對(duì)于一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求并不嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境應(yīng)用，加上生產(chǎn)成本的考慮，可以采用傳統(tǒng)的控制方式達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo)。所以，“反射內(nèi)存尤其適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸高速、實(shí)時(shí)、確定性要求極高的場(chǎng)合。數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)中允許多達(dá)256個(gè)節(jié)點(diǎn)，完全能滿足工業(yè)環(huán)境和仿真環(huán)境的應(yīng)用需求?！保≒CI5565）

實(shí)時(shí)精確控制生產(chǎn)  反射內(nèi)存憑借低延遲和確定性成為冶金、鋼鐵、交通等許多實(shí)時(shí)性嚴(yán)苛應(yīng)用的最佳解決方案，比如用于提高PLC控制鋁軋的操作性能，控制軋鋼的快速流程。在3500英尺/分鐘的軋鋁機(jī)上，標(biāo)準(zhǔn)PLC控制環(huán)路的響應(yīng)時(shí)間可允許在執(zhí)行器響應(yīng)之前能夠通過(guò)2至3英尺的鋁材，這些執(zhí)行器在鋁材上施加和釋放壓力以獲得不同的鋁材厚度。通過(guò)利用反射內(nèi)存，與軋機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)被輸入PLC，PLC迅速將數(shù)據(jù)寫(xiě)入反射內(nèi)存的存儲(chǔ)器中，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送至獨(dú)立的VME計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以傳輸復(fù)雜的控制運(yùn)算法則。系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)單的反射內(nèi)存寫(xiě)入命令將輸出控制數(shù)據(jù)發(fā)回至PLC中，數(shù)據(jù)傳輸與計(jì)算速度極快，以至于PLC運(yùn)行控制回路不會(huì)出現(xiàn)任何延遲?！叭绻霈F(xiàn)延遲，會(huì)使鋼的薄厚尺寸無(wú)法達(dá)到既定的要求，造成部分尺寸的成本浪費(fèi)。基于VME高級(jí)控制系統(tǒng)的反射內(nèi)存可確保實(shí)時(shí)精確控制，將響應(yīng)時(shí)間縮短到4英寸控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，提高產(chǎn)品質(zhì)量。”(PCI-5565)

邵劍鋒表示：“相比PLC系統(tǒng)，反射內(nèi)存具有更好的實(shí)時(shí)性，可以實(shí)現(xiàn)更快的系統(tǒng)響應(yīng)，成本比較高，但是兩者并不沖突。反射內(nèi)存是對(duì)傳統(tǒng)PLC控制的補(bǔ)充，可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求決定選用哪種。再如系統(tǒng)冗余，利用反射內(nèi)存在幾微秒內(nèi)可將停止運(yùn)作機(jī)器里的數(shù)據(jù)恢復(fù)到備份中，這在PLC控制中也大量使用?！保ǚ瓷鋬?nèi)存網(wǎng)）