基于RapidIO的實時CORBA中間件實現(xiàn)

摘要：為了解決CORBA傳統(tǒng)傳輸協(xié)議TCP／IP的時延不確定問題，提出了使用基于點對點的包交換RapidIO協(xié)議來替代TCP／IP的方法，研究了CORBA的可插拔傳輸協(xié)議框架，從而實現(xiàn)了CORBA報文在RapidIO總線上的傳輸。測試結(jié)果顯示，基于RapidIO的CORBA實時性優(yōu)于基于TCP／IP的CORBA。

關(guān)鍵詞：CORBA；RapidIO；可插入傳輸；協(xié)議框架

0 引言

在傳統(tǒng)的嵌入式多處理器系統(tǒng)中，處理器之間的互連是通過分時共享總線來實現(xiàn)的，典型的有以太網(wǎng)、CPCI和VME總線。這類總線的總帶寬會受限，而且隨著處理器的不斷增多，每個處理器所占據(jù)的帶寬小斷下降，制約了處理器之間的信息傳輸能力，這將使其不能適應(yīng)未來高性能嵌入式多處理器系統(tǒng)之間的高速信息傳輸需求。而RapidIO互聯(lián)架構(gòu)是一種高性能、點對點的包交換技術(shù)，傳輸速率能夠達到1 Gb／s～60 Gb／s，能為嵌入式系統(tǒng)芯片間和板卡間互連提供高帶寬、低時延的互連解決方案。

與此同時，隨著CORBA技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷拓展，特別是在軍事、電信和航空控制等領(lǐng)域的應(yīng)用，對CORBA系統(tǒng)中客戶／服務(wù)器交互的實時性提出了更為嚴格的要求。雖然幾乎所有CORBA都默認支持TCP／IP，但是TCP／IP時延的不確定性將導(dǎo)致其不適用實時系統(tǒng)，而基于Rapid IO實時總線的CORBA卻可以解決該問題，因此，本文給出了如何將RapidIO通信協(xié)議插入CORBA產(chǎn)品中的實現(xiàn)方法。

1 Rapid IO技術(shù)

RapidIO采用的三層體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該體系包括邏輯層、傳輸層和物理層。邏輯層主要用于界定協(xié)議和包格式，目前邏輯層可支持5種規(guī)范，分別是存儲器映射的I／O系統(tǒng)、消息傳輸、全局共享內(nèi)存、流量控制和數(shù)據(jù)流；傳輸層主要用于規(guī)定路由選擇信息，為端點設(shè)備間報文的傳輸提供路由信息；物理層主要定義包傳送機制、信息流控制、電氣特性和低級錯誤管理等，物理層的優(yōu)先級處理保證了數(shù)據(jù)傳輸時具有更低的平均時延或者抖動時延。Rapi dIO系統(tǒng)多采用基于交換機(Switch)的拓撲結(jié)構(gòu)。邏輯報文從一個端點設(shè)備送往另一個端點設(shè)備主要通過交換機解釋報文中的傳輸層信息，傳輸層包含有源設(shè)備指定的目的地址，文換機中則包含路由表，可通過查找路由表確定輸出路徑。

2 CORBA的RapidIO實現(xiàn)

2．1 CORBA可插拔協(xié)議框架

CORBA2．0引入了一個通用的ORB互操作性結(jié)構(gòu)體系，稱為通用ORB間協(xié)議(即GIOP)。GIOP是一類抽象的協(xié)議，并不是一個可直接用于ORB間進行通信的具體協(xié)議。該協(xié)議僅描述了特定的協(xié)議如何進行創(chuàng)建以適用于GIOP框架，同時指定了轉(zhuǎn)換語法和一個消息格式的標準集，以便允許獨立開發(fā)的ORB可以在任何一個面向連接的傳遞中進行通信，這種設(shè)計允許新的協(xié)議在不影響現(xiàn)有應(yīng)用程序的情況下，添加到CORBA中。

GIOP對于攜帶GIOP消息的底層傳輸具有一定的要求，包括面向連接、全雙工、對稱、可靠傳輸、支持字節(jié)流等，同時需要按照以上要求封裝RapidIO傳輸協(xié)議。對于不同的傳輸介質(zhì)，將會有一個與之對應(yīng)的GIOP協(xié)議的實現(xiàn)與之對應(yīng)。比如，IIOP協(xié)議就是GIOP的基于TCP／IP協(xié)議的具體實現(xiàn)。與此類似，基于RapidIO的傳輸協(xié)議列GIOP的映射為RapidIO-IOP，簡稱RIOP。ONI層次圖與GIOP層次圖的對比如圖2所示，RIOP的主要工作是使用RapidIO傳輸協(xié)議完成GIOP報文的傳輸。

2．2 實現(xiàn)RIOP

定義RIOP的協(xié)議標識格式如下：

rio：／／{host number}：{port number}

其中，host為節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)編號，port為邏輯鏈路端口。定義RapidIO IOR配置文件標識常量，const IOP：：ProfileIdIOP：：OE TAG RIO IOP=1330205525(0x4f495355)。

RIOP傳輸協(xié)議類之間的關(guān)系如圖3所示，圖中的Endpoint、NetCircuit、NetCircuit Factory、NetCollector、NetCollectorFactory、NetFlow、NetFlowFactory、NetAcceptor、NetAcceptorFactory都是ORB用于傳輸?shù)幕?，實現(xiàn)RIOP需要從這些類派生出新類，如RIOEndpo int、RIONetCircuit、RIONetCircuitFactory、RIONetAcceptor、RIONetAcceptorFactory，并且可以實現(xiàn)RIOPortRegistry、PortTransport類。

端點(Endpoint)類負責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)連接需要的地址信息：網(wǎng)絡(luò)電路(NetCircuit)類用于管理連接，負責(zé)建立連接(客戶端)及數(shù)據(jù)收發(fā)，網(wǎng)絡(luò)連接一旦建立，就可以從NetCircuit讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)收集器(NetCollector)類用于在連接的服務(wù)器端接收請求，網(wǎng)絡(luò)收集器負責(zé)在NetCircuit的服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)的激活對象，通過NetCollectorFactory可創(chuàng)建收集器的實例；網(wǎng)絡(luò)收集器(Collector)和收集器工廠(NetCo llectorFactory)類能實現(xiàn)GIOP的語法要求，因此，傳輸協(xié)議開發(fā)者不需要開發(fā)收集器類；網(wǎng)絡(luò)流控(NetFlow)類是為未來功能擴展的保留類，對應(yīng)的NetFlowFactory也會被定義，因此，傳輸協(xié)議開發(fā)者不需要重寫該類；網(wǎng)絡(luò)接收器(NetAcceptor)類負責(zé)服務(wù)端監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)連接請求，如檢測到網(wǎng)絡(luò)請求，NetCollectorFactory實例即被創(chuàng)建，此后，NetCollectorFactory會再創(chuàng)建一個收集器(Collector)和網(wǎng)絡(luò)電路(NetCircuit)，當(dāng)Server開始在一個Endpoint監(jiān)聽時，ORB就會使用NetAcceptorFactory實例；RIOPortRegistry類負責(zé)將RIOP注冊到ORB的傳輸協(xié)議列表；RIOTransport類則負責(zé)初始化RIOP傳輸協(xié)議。

2．3 驗證測試

基于Rapid IO總線的實時CORBA中間件驗證環(huán)境如圖圖4所示。圖中的兩塊板卡之間通過1x模式1．25GbpsRapidIO交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，板卡由1片PPC處理器(MPC8548)和1片RIO交換芯片(TSI578)構(gòu)成，板卡處理器上運行的是VxWorks5．5．1操作系統(tǒng)。

測試使用客戶端調(diào)用服務(wù)端echoPacket方法，輸入不同長度字節(jié)序列的數(shù)據(jù)，眼務(wù)端即可將數(shù)據(jù)原樣返回客戶端。IDL接口的定義如下：

typedefsequence<octet>OctetSequence；

interface Echo{

oneway OctetSequence echoPacket(in OctetSequencepayload)；

}；

OctetSequence echoPacket(OctetSequence pavload)；

服務(wù)器端可創(chuàng)建基于R10協(xié)議的對象引用，IOR里面包含有客戶端訪問服務(wù)器的RIO尋址信息，客戶通過字符串或命名服務(wù)的方式獲得對象引用，再利用該對象引用向服務(wù)器發(fā)送請求，并接收應(yīng)答。IOR是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它提供了關(guān)于類型、協(xié)議支持和可用ORB服務(wù)的信息。ORB可創(chuàng)建、使用并維護該IOR。許多ORB供應(yīng)商提供有一個實用程序，可窺視IOR的內(nèi)部，如orbix的iordump．exe。使用iordump．exe能解析、使用RIOP服務(wù)端生成的字符串化的IOR。

例如：iordump．exe“IOR：000000000000000D494443A4563686F3A312E3000000000000000014F49535500000050000100000000000C72696 F3A2F2F353A393030000000003385416486B558506564697465353230305F39373332323832343085526F6F74504F4185303030303030303031413538

324644460000000000”的解析結(jié)果如圖5所示。

接口類型為Echo，ProfileId是之前定義的1330205525，地址信息為rio：／／5：900。

圖6所示是COBRA over RIO與COBRA over TCP的性能測試結(jié)果，圖中的橫坐標是輸入輸出數(shù)據(jù)的長度，縱坐標是示波器測得的客戶端調(diào)用echoPacket方法前后的時間差，系列1是板卡間客戶端通過CORBA over RIO調(diào)用服務(wù)端方法的時間開銷，系列2是扳卡間客戶端通過CORBAover TCP(千兆以太網(wǎng))調(diào)用服務(wù)端方法的時間開銷。

3 結(jié)語

本文將基于RapidIO總線的通信協(xié)議插入到CORBA中間件中，從而大大提高了中間件的實時性。因此，該方法在對實時性要求比較高的軍事、電信和航空控制等領(lǐng)域的分布式系統(tǒng)中將有巨大的應(yīng)用前景。