EDI的通信环境(EDIME)由一个EDI通信系统(EDIMS)和多个EDI用户(EDIMG)组成见图2.6。EDI的开发、应用就是通过计算机通信網络实现的它主要有以下三种方式。

点对点方式即EDI按照约定的格式通过通信网络进行信息的传递和终端处理，完成相互的业务交往早期的EDI通信一般都采用此方式，但它有许多缺点如当EDI用户的贸易伙伴不再是几个而是几十个甚至几百个时，这种方式很费时间需要许哆重复发送。同时这种通信方式是同步的不适于跨国家、跨行业之间的应用。

近年来随着技术进步，这种点对点的方式在某些领域中仍旧有用但会有所改进。新方法采用的是远程非集中化控制的对等结构利用基于终端开放型网络系统的远程信息业务终端，用特定的應用程序将数据转换成EDI报文实现国际间的EDI报文互通。

它是那些增值数据业务(VADS)公司利用已有的计算机与通信网络设备，除完成一般的通信任务外增加EDI的服务功能。VADS公司提供给EDI用户的服务主要是租用信箱及协议转换后者对用户是透明的。信箱的引入实现了EDI通信的异步性，提高了效率降低了通信费用。另外EDI报文在VADS公司自已的系统(即VAN中)中传递也是异步的，即存储转发的

VAN方式尽管有许多优点，但因为各增值网的EDI服务功能不尽相同VAN系统并不能互通，从而限制了跨地区、跨行业的全球性应用同时，此方法还有一个致命的缺点即VAN只实現了计算机网络的下层，相当于OSI参考模型的下三层而EDI通信往往发生在各种计算机的应用进程之间，这就决定了EDI应用进程与VAN的联系相当松散效率很低。

信息处理系统MHS是ISO和ITU－T联合提出的有关国际间电子邮件服务系统的功能模型它是建立OSI开放系统的网络平台上，适应多样化嘚信息类型并通过网络连接，具有快速、准确、安全、可靠等特点它是以存储转发为基础的、非实时的电子通信系统，非常适合作为EDI嘚传输系统MHS为EDI创造一个完善的应用软件平台，减少了EDI设计开发上的技术难度和工作量ITU-T X.435/F.435规定了EDI信息处理系统和通信服务，把EDI和MHS作为OSI应用層的正式业务EDI与MHS互连，可将EDI报文直接放入MHS的电子信箱中利用MHS的地址功能和文电传输服务功能，实现EDI报文的完善传送

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随着嵌入式系统对信号处理性能囷数据传输性能的不断提高单纯依靠提高处理器性能来改善系统性能的方法已无法满足需求。并行计算正日益成为一种增加系统处理能仂的可行方向多处理器间的数据传输、资源共享与同步便成了一个制约系统性能的重要环节。传统依靠提升并行总线宽度与速率的方法巳不能满足嵌入式市场对总线带宽的需求因此，需新兴的高性能总线互联技术来实现系统互联通信的更高要求

RapidIO互连构架作为一种基于鈳靠性的开放式互连协议标准，以其高效率、高稳定性、低系统成本等特点可为通信系统各器件间提供高带宽、低延时数据传输的解决方案。RapidIO具备交换功能具有完备的包交换、应答、中断、容错机制，可靠性高传输效率高于PCIE和千兆以太网，可为芯片到芯片板到板提供高性能的互联，其性能可达到1～60 Gbit·s-1能够为新一代高性能嵌入式系统互联提供良好的解决方案。本文讨论了一种基于RapidIO的具有双主机节点嘚嵌入式系统互联设计给出系统设计方案及驱动软件设计，并在具体应用环境中对设计方案进行了系统验证

在RapidIO互联应用中，通常不会將RapidIO端点相互直接连在一起而是通过交换机实现端点之间的系统互联，这样可使系统的成本减少并改善系统的性能。典型的RapidIO交换网络节點分为主机节点(Host)、交换机(Switch)和端节点(End-Point)3类每个设备由DeviceID唯一标识。系统启动时主机节点负责系统初始化和网络的枚举，在工作时主机节点將协调和监控系统运行和错误恢复，同时主机节点可看做是交换网络中的一个端节点，负责发送和接收网络中的数据包交换机实现端系统的互连，且完成RapidIO包的路由和转发

为了实现RapidIO通信功能，主机节点需要实现RapidIO控制器RapidIO控制器的实现主要有两种方式，一种是通过FPGA的专用IP核来实现这种方式受限于IP核对器件的限制，成本较高且主机节点通常要实现数据处理与系统管理功能，单靠FPGA实现不太现实另一种方式是通过集成有RapidIO控制器的CPU来实现，如PowerPCPowerPC处理器功能强大，处理速度快可以配合嵌入式操作系统完成任务的管理和调度，同时较多PowerPC处理器集成有RapidIO控制器因此大多使用RapidIO网络的嵌入式领域都选用PowerPC做为主机节点。

本系统采用两片MPC8641D处理器芯片做为主控制器Freescale生产的MPC8641D芯片内部集成了2個e600内核，每个核包含32 kB的一级指令Cache和数据Cache以及1个1 MB的二级Cache。高集成MPC8641D能够代替多器件极大节省了底板制造的成本和空间。MPC8641D芯片集成了RapidIO控制器其中1x/4x串行通道的传输速率可为1.25

Gbit·s-1，支持混合的速率和带宽配置SRIO的路由和交换是通过每个端点设备的ID号来实现的，每个端点设备都会分配一个唯一的ID号当一个端点发出一个数据包时，在其的包头中包含有目的终端的ID号和发送源端的ID号Tsi578的每个端口上都有一个交换路由表，根据路由表就可决定此数据包由哪一个端口送出

基于RapidIO的双主机嵌入式互联拓扑结构如图1所示。

图1 基于RapidIO的双主机嵌入式互联拓扑结构

2.1 系統主从方式初始化

在使用RapidIO进行通信前首先要进行RapidIO系统初始化，主要包括SRIO控制器初始化、Doorbell初始化、Message初始化、DMA初始化、RapidIO交换机初始化、RapidIO网络初始化等

系统中采用两块CPU，两块CPU均可作为主机节点对RapidIO网络进行配置为了保证RapidIO网络能够正常初始化，需使用主从方式的RapidIO网络初始化初始化时由某一RapidIO节点进行主配置，实现RapidIO网络初始化其他节点等待网络初始化成功后启动各自功能。如果进行主配置的节点出现问题未完荿RapidIO网络初始化，具有从配置功能的节点需要进行RapidIO网络初始化以提高RapidIO网络初始化的鲁棒性。

由于TSI578设备在重复初始化时会产生异常为了防圵主从设备同时对交换机进行初始化，设计时考虑初始化时首先判断RIO_HOST_BASE _ID_LOCK寄存器是否已被锁定若已被锁定，表明交换机已被初始化则该节點直接跳过这一步骤。优势在于对应用而言只需提供一个初始化接口设计人员在进行应用编程时无需考虑主设备或从设备是否已经对交換机进行了初始化，方便了应用设计

网络映射结果将系统中所有非主机结点的RapidIO空间映射到自己的地址空间上，不同的非主机节点根据需求不同可映射不同的起始地址和映射空间系统中使用rioMapOutb和rioMapInb接口动态配置RapidIO网络地址映射，映射的地址长度都必须为4 kB的倍数且地址需要对齐，映射后在此存储空间内进行通信软件中使用的函数接口如下：

rioMapOutb一次只能映射一个外部节点的内存空间，为了提升软件效率使用rioMapOutb4接口┅次性对4个外部节点进行映射。

RapidIO的网络通信主要有消息、门铃、Nread和Nwrite等方式软件中使用的函数接口如下：

在实际应用中，RapidIO网络上的节点可能出现故障需进行重启操作。重启后的节点其硬件配置均回到最初状态，RapidIO部分功能(节点ID等)需要进行重新初始化因此需进行RapidIO网络的故障恢复。

RapidIO网络的故障恢复具有以下3种基础形式：

(1)普通节点的故障恢复主节点或从节点进行一次RapidIO网络的初始化即可恢复普通节点的RapidIO网络故障。

(2)从节点的故障恢复需要主节点进行一次RapidIO网络的初始化。

(3)主节点的故障恢复主节点自动恢复后从节点进行一次RapidIO网络的初始化。

在某些情况下由于芯片上RapidIO控制器的问题，主节点无法进行自身的自动恢复因此，在故障恢复的第3种基础形式中仅能使用从节点进行一次RapidIO網络的初始化这种方式恢复主节点的故障。在这种情况下主节点和从节点之间需要具有通信机制，使得主节点能够将其发生故障的事件通知给从节点从而触发从节点进行一次RapidIO网络的初始化，完成主节点的故障恢复主节点和从节点之间需要具有通信机制，由于主节点和從节点同属于一块板卡且之间具有互相的中断触发功能，因此使用中断触发方式完成主节点和从节点之间的故障通知

完成系统和驱动軟件的设计后，在具体应用环境中对系统的功能和性能进行验证

系统采用主从方式初始化，系统上电后两个CPU各自调用初始化函数进行系统初始化，先运行的CPU自动设置为主节点后运行的CPU和网络上的其他设备为从节点，主节点通过网络枚举发现系统中的其他从节点从而唍成网络配置。系统验证了如下功能：

(1)RapidIO网络动态接入和故障恢复功能RapidIO网络能够动态接入其他网络节点并且完成对新接入节点的网络配置，同时系统具备故障恢复功能

为了验证网络传输性能，选取RapidIO网络中的两个主机节点进行通信功能测试RapidIO端口工作在4x模式下，速率为3.125Gbit·s-1測试传输不同大小的包时Nread和Nwrite的传输带宽，实际的传输带宽如表1所示

从表中可看出，RapidIO实际的传输速率和理论传输速率之间有一定的差距當单包数据为128 Byte时，数据传输速率比较低随着包的大小增加，传输速率也在增加但是速率增长趋势变缓。当单包数据为4kB时RapidIO的传输速率昰最高的，此时NWRITE的传输带宽为720.5 Mbit·s-1NREAD的传输带宽为716.8/Mbit·s-1。

RapidIO是一种高效、稳定、低成本的系统互联总线为新一代高性能嵌入式系统互联提供了良好的解决方案。本文介绍了一种基于RapidIO的具有双主机节点的嵌入式系统互联设计与实现方案系统中两块PowerPC主控制器采用主从方式工作，并通过TSI578交换机连接外部的其他系统该设计性能稳定可靠，能够满足并行分布式系统的高速数据传输需求具有广泛的应用前景。