基于RapidI0的實(shí)時(shí)CORBA中間件實(shí)現(xiàn)

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(guò)分時(shí)共享總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，典型的有以太網(wǎng)、CPCI和VME總線(xiàn)。這類(lèi)總線(xiàn)的總帶寬會(huì)受限，而且隨著處理器的不斷增多，每個(gè)處理器所占據(jù)的帶寬不斷下降，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(lái)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的包交換技術(shù)，傳輸速率能夠達(dá)到1Gb/s~60Gb/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(shí)延的互連解決方案。

與此同時(shí)，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(duì)CORBA系統(tǒng)中客戶(hù)/服務(wù)器交互的實(shí)時(shí)性提出了更為嚴(yán)格的要求。雖然幾乎所有CORBA都默認(rèn)支持TCP/IP,但是TCP/IP時(shí)延的不確定性將導(dǎo)致其不適用實(shí)時(shí)系統(tǒng)，而基于RapidIO實(shí)時(shí)總線(xiàn)的CORBA卻可以解決該問(wèn)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(shí)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(chǔ)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(diǎn)設(shè)備間報(bào)文的傳輸提供路由信息；物理層主要定義包傳送機(jī)制、信息流控制、電氣特性和低級(jí)錯(cuò)誤管理等，物理層的優(yōu)先級(jí)處理保證了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)具有更低的平均時(shí)延或者抖動(dòng)時(shí)延。RapidIO系統(tǒng)多采用基于交換機(jī)(Switch)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。邏輯報(bào)文從一個(gè)端點(diǎn)設(shè)備送往另一個(gè)端點(diǎn)設(shè)備主要通過(guò)交換機(jī)解釋報(bào)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，交換機(jī)中則包含路由表，可通過(guò)查找路由表確定輸出路徑。

2  CORBA的RapidlO實(shí)現(xiàn)

2.1  CORBA可插拔協(xié)議框架

CORBA2.0引入了一個(gè)通用的ORB互操作性結(jié)構(gòu)體系，稱(chēng)為通用ORB間協(xié)議(即GIOP)。GIOP是一類(lèi)抽象的協(xié)議,并不是一個(gè)可直接用于ORB間進(jìn)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(jìn)行創(chuàng)建以適用于GIOP框架，同時(shí)指定了轉(zhuǎn)換語(yǔ)法和一個(gè)消息格式的標(biāo)準(zhǔn)集，以便允許獨(dú)立開(kāi)發(fā)的ORB可以在任何一個(gè)面向連接的傳遞中進(jìn)行通信，這種設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)稱(chēng)、可靠傳輸、支持字節(jié)流等，同時(shí)需要按照以上要求封裝RapidIO傳輸協(xié)議。對(duì)于不同的傳輸介質(zhì)，將會(huì)有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的GIOP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)。比如，IIOP協(xié)議就是GIOP的基于TCP/IP協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)。與此類(lèi)似，基于RapidIO的傳輸協(xié)議到GIOP的映射為RapidIO-IOP,簡(jiǎn)稱(chēng)RIOROSI層次圖與GIOP層次圖的對(duì)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(bào)文的傳輸。

2.2  實(shí)現(xiàn)RIOP

定義RIOP的協(xié)議標(biāo)識(shí)格式如下：

rio:// { host number}: {port number}

其中，host為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，port為邏輯鏈路端口。定義RapidIOIOR配置文件標(biāo)識(shí)常量，constIOP::ProfileIdIOP::OE_TAG_RIO_IOP = 1330205525 (0x4f495355)。

RIOP傳輸協(xié)議類(lèi)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?lèi)，實(shí)現(xiàn) RIOP 需要從這些類(lèi)派生出新類(lèi)，如RIOEndpoint、RIONetCircuit、RIONetCircuitFactory、RIONetAcceptor、RIONetAcceptorFactory， 并且可以實(shí)現(xiàn)RIOPortRegistry、PortTransport 類(lèi)。

端點(diǎn)(Endpoint)類(lèi)負(fù)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(lèi)用于管理連接，負(fù)責(zé)建立連接(客戶(hù)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(lèi)用于在連接的服務(wù)器端接收請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)收集器負(fù)責(zé)在NetCircuit的服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)的激活對(duì)象，通過(guò)NetCollectorFactory可創(chuàng)建收集器的實(shí)例；網(wǎng)絡(luò)收集器(Collector)和收集器工廠(chǎng)(NetCollectorFactory)類(lèi)能實(shí)現(xiàn)GIOP的語(yǔ)法要求，因此，傳輸協(xié)議開(kāi)發(fā)者不需要開(kāi)發(fā)收集器類(lèi)；網(wǎng)絡(luò)流控(NetFlow)類(lèi)是為未來(lái)功能擴(kuò)展的保留類(lèi)，對(duì)應(yīng)的NetFlowFactory也會(huì)被定義，因此，傳輸協(xié)議開(kāi)發(fā)者不需要重寫(xiě)該類(lèi)；網(wǎng)絡(luò)接收器(NetAcceptor)類(lèi)負(fù)責(zé)服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求，如檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，NetCollectorFactory實(shí)例即被創(chuàng)建，此后,NetCollectorFactory會(huì)再創(chuàng)建一"收集器(Collector)和網(wǎng)絡(luò)電路(NetCircuit),當(dāng)Server開(kāi)始在一個(gè)Endpoint監(jiān)聽(tīng)時(shí),ORB就會(huì)使用NetAcceptorFactory實(shí)例；RIOPortRegistry類(lèi)負(fù)責(zé)將RIOP注冊(cè)到ORB的傳輸協(xié)議列表；RIOTransport類(lèi)則負(fù)責(zé)初始化RIOP傳輸協(xié)議。

2.3  驗(yàn)證測(cè)試

基于RapidIO總線(xiàn)的實(shí)時(shí)CORBA中間件驗(yàn)證環(huán)境如圖圖4所示。圖中的兩塊板卡之間通過(guò)IX模式1.25GbpsRapidlO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(yùn)行的是VxWorks5.5.1操作系統(tǒng)。

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

typedefsequenceOctetSequence;

interfaceEcho{

onewayOctetSequenceechoPacket(inOctetSequencepayload);

};

服務(wù)器端可創(chuàng)建基于RIO協(xié)議的對(duì)象引用，IOR里面包含有客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的RIO尋址信息，客戶(hù)通過(guò)字符串或命名服務(wù)的方式獲得對(duì)象引用，再利用該對(duì)象引用向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，并接收應(yīng)答。IOR是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它提供了關(guān)于類(lèi)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(hù)該IOR。許多ORB供應(yīng)商提供有一個(gè)實(shí)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。

接口類(lèi)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(cè)試結(jié)果，圖中的橫坐標(biāo)是輸入輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)是示波器測(cè)得的客戶(hù)端調(diào)用echoPacket方法前后的時(shí)間差,系列1是板卡間客戶(hù)端通過(guò) CORBA over RIO 調(diào)用服務(wù)端方法的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，系列2是板卡間客戶(hù)端通過(guò)CORBAoverTCP(千兆以太網(wǎng))調(diào)用服務(wù)端方法的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

圖6     COBRAoverRIO與COBRAoverTCP的，性能測(cè)試結(jié)果

3  結(jié)語(yǔ)

本文將基于RapidI?？偩€(xiàn)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(shí)時(shí)性。因此，該方法在對(duì)實(shí)時(shí)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。

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