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。測試結果顯示，基于RapidIO的CORBA實時性優(yōu)于基于TCP／IP的CORBA。
關鍵詞：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)架構是一種高性能、點對點的包交換技術，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技術應用范圍的不斷拓展，特別是在軍事、電信和航空控制等領域的應用，對CORBA系統(tǒng)中客戶／服務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
RapidIO采用的三層體系結構如圖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)的拓撲結構。邏輯報文從一個端點設備送往另一個端點設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互操作性結構體系，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，這種設計允許新的協(xié)議在不影響現(xiàn)有應用程序的情況下，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，將會有一個與之對應的GIOP協(xié)議的實現(xiàn)與之對應。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)。
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RIOP傳輸協(xié)議類之間的關系如圖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)類負責管理網(wǎng)絡連接需要的地址信息：網(wǎng)絡電路(NetCircuit)類用于管理連接，負責建立連接(客戶端)及數(shù)據(jù)收發(fā)，網(wǎng)絡連接一旦建立，就可以從NetCircuit讀取或寫入數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡收集器(NetCollector)類用于在連接的服務器端接收請求，網(wǎng)絡收集器負責在NetCircuit的服務器端接收數(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)絡流控(NetFlow)類是為未來功能擴展的保留類，對應的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)絡接收器(NetAcceptor)類負責服務端監(jiān)聽網(wǎng)絡連接請求，如檢測到網(wǎng)絡請求，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)絡電路(NetCircuit)，當Server開始在一個Endpoint監(jiān)聽時，ORB就會使用NetAcceptorFactory實例；RIOPortRegistry類負責將RIOP注冊到ORB的傳輸協(xié)議列表；RIOTransport類則負責初始化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)絡互聯(lián)，板卡由1片PPC處理器(MPC8548)和1片RIO交換芯片(TSI578)構成，板卡處理器上運行的是VxWorks5．5．1操作系統(tǒng)。
測試使用客戶端調用服務端echoPacket方法，輸入不同長度字節(jié)序列的數(shù)據(jù)，眼務端即可將數(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器的RIO尋址信息，客戶通過字符串或命名服務的方式獲得對象引用，再利用該對象引用向服務器發(fā)送請求，并接收應答。IOR是一個數(shù)據(jù)結構，它提供了關于類型、協(xié)議支持和可用ORB服務的信息。ORB可創(chuàng)建、使用并維護該IOR。許多ORB供應商提供有一個實用程序，可窺視IOR的內部，如orbix的iordump．exe。使用iordump．exe能解析、使用RIOP服務端生成的字符串化的IOR。
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例如：iordump．exe“IOR：000000000000000D494443A4563686F3A312E3000000000000000014F49535500000050000100000000000C72696 F3A2F2F353A393030000000003385416486B558506564697465353230305F39373332323832343085526F6F74504F4185303030303030303031413538
324644460000000000”的解析結果如圖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調用服務端方法的時間開銷，系列2是扳卡間客戶端通過CORBAover TCP(千兆以太網(wǎng))調用服務端方法的時間開銷。
3 結語
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域的分布式系統(tǒng)中將有巨大的應用前景。
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