國防計劃面臨著提供先進的下一代功能并快速交付這些功能的壓力。這包括軍事通信，導彈防御計劃，尤其是ISR計劃。用國防部長羅伯特·蓋茨的話來說，“我們的傳統(tǒng)現(xiàn)代化計劃在幾年內(nèi)尋求99%的解決方案。我們所處的戰(zhàn)爭需要在幾個月內(nèi)解決75%的問題。

蓋茨部長正在努力推動更快的項目部署，因為新技術可以給我們的作戰(zhàn)人員帶來優(yōu)勢。例如，安裝在無人機上的先進光電攝像機可以提供叛亂部隊占領地區(qū)的精細圖像。如果這些圖像可以與來自SIGINT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，結(jié)果將是正在發(fā)生的事情以及正在發(fā)生的事情和發(fā)生地點的豐富圖片。新的ISR計劃正在設計中，通過實時組合來自不同類型傳感器的數(shù)據(jù)，向作戰(zhàn)人員提供此類有價值的信息。

強大、靈活、可配置的嵌入式計算對于提供這些下一代功能至關重要。新的傳感器，包括光電攝像頭、SIGINT天線和復雜的雷達，正在產(chǎn)生必須實時處理的大量數(shù)據(jù)。然后，需要更多的處理來執(zhí)行復雜的算法，這些算法可以同步和組合來自多個傳感器的輸出。計算子系統(tǒng)必須提供強大的實時處理，并且還支持靈活的配置，可以處理不同類型的處理和許多I / O協(xié)議。

應對這些挑戰(zhàn)需要一個由各種處理、I/O 和存儲選項支持的嵌入式計算架構。從行業(yè)角度來看，這意味著一個強大的生態(tài)系統(tǒng)，擁有大量兼容的選擇。要應對計算挑戰(zhàn)并滿足壓縮的交付計劃，就需要選擇該生態(tài)系統(tǒng)的組件，將其設計為功能子系統(tǒng)，以可預測的方式進行集成、測試、調(diào)試，并最終以可預測的方式進行部署，而不會產(chǎn)生不必要的風險。OpenVPX （VITA 65） 標準滿足了這些要求，定義了由強大且不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)支持的嵌入式計算架構。

開放 VPX 生態(tài)系統(tǒng)迅速成熟

在2009年和2010年，OpenVPX標準在系統(tǒng)級成熟度和生態(tài)系統(tǒng)的廣度方面都取得了巨大的進步。首先，OpenVPX 行業(yè)工作組是 VITA 成員國防和航空航天主承包商以及嵌入式計算系統(tǒng)供應商的聯(lián)盟，他們齊聚一堂，共同解決 VPX （VITA 46） 系統(tǒng)級互操作性問題。許多原始的 VPX 子規(guī)范（稱為“點規(guī)范”）都是在沒有支持多供應商互操作性的自上而下的系統(tǒng)級方法的情況下開發(fā)的（圖 1）。因此，使用來自多個供應商的組件進行 VPX 實現(xiàn)的初始嘗試很難在系統(tǒng)級別進行集成、互操作和指定。解決了此問題。

圖 1：VITA 46.0 和 VITA 46.x 點式規(guī)范矩陣

工作組開發(fā)的開放VPX規(guī)范已發(fā)布到VITA中的VITA 65工作組，并于2010年6月將OpenVPX系統(tǒng)規(guī)范批準為ANSI / VITA 65.0-2010，將OpenVPX描述為“。..該架構框架定義了多供應商、多模塊、集成系統(tǒng)環(huán)境的系統(tǒng)級 VPX 互操作性。

OpenVPX 使用平面、管道和輪廓的概念為互操作性提供基于標準的基礎。它定義了用于實用程序、管理、控制、數(shù)據(jù)和擴展的多個平面，以及用于串行通信的各種尺寸的管道。規(guī)范中還有幾種類型的結(jié)構和層次結(jié)構配置文件（插槽配置文件、背板配置文件、模塊配置文件和開發(fā)機箱配置文件）。背板配置文件定義背板拓撲（類型：集中式和分布式交換以及主機/從站）。

通過使用 OpenVPX 擴展 VPX，業(yè)界齊心協(xié)力，專注于系統(tǒng)級互操作性。早在最終批準之前，參與創(chuàng)建OpenVPX的技術供應商以及許多其他公司就開始設計，開發(fā)和交付符合OpenVPX標準的產(chǎn)品，迅速創(chuàng)建了一個不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)。僅部分列表包括：

比特軟件信號處理系統(tǒng) – FPGA 和 DSP 處理模塊

并行技術 – 英特爾處理和存儲模塊以及 XMC 載卡

艾瑪·布斯尼克 – 背板/底盤

極限工程解決方案 – 電源架構處理和開發(fā)機箱

GE 智能平臺 – 電源架構和英特爾處理模塊、XMC 載卡、以太網(wǎng)交換機和機箱

控創(chuàng) – 英特爾處理、GbE 交換機和開發(fā)機箱

水星計算機系統(tǒng) – 實現(xiàn)電源架構的處理模塊、英特爾、FPGA 和 GPU 組件、帶 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字接收器、XMC 載卡以及 RapidIO 和以太網(wǎng)交換機

TEK 微系統(tǒng) – FPGA 處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

跟蹤韋爾系統(tǒng) – 開發(fā)機箱和可部署機箱

為開放式 VPX 設計做出決策

然而，盡管有其設計優(yōu)勢和生態(tài)系統(tǒng)，OpenVPX并不是即時創(chuàng)建嵌入式計算子系統(tǒng)的神奇靈丹妙藥。將 OpenVPX 生態(tài)系統(tǒng)中的組件集成到可部署的子系統(tǒng)中，仍然需要涵蓋計算技術和應用程序特定需求的專業(yè)知識。

首先，存在子系統(tǒng)設計的挑戰(zhàn)。僅舉一個例子，在OpenVPX標準下工作的設計人員必須決定背板拓撲結(jié)構。此決策需要了解系統(tǒng)內(nèi)通信技術，如交換機結(jié)構。該決策還涉及對應用程序數(shù)據(jù)流的了解。在了解技術和應用的情況下，設計人員可以選擇最佳的背板方法。OpenVPX 背板配置文件決定將排除某些組件，而其他組件則仍然可行。

在 OpenVPX 設計中，這種類型的決策在平面、管道和輪廓的上下文中重復多次。它需要技能和經(jīng)驗來創(chuàng)建針對特定應用的最佳性能而優(yōu)化的子系統(tǒng)設計。該階段完成后，下一步是選擇最佳組件。

組件選擇過程

市場上提供了大量深度和多樣性的開放VPX技術組件;從這些品種中做出正確的選擇是開發(fā)應用程序優(yōu)化設計的關鍵部分。雖然保持在特定供應商產(chǎn)品線的“舒適區(qū)”內(nèi)通常很誘人，但提供最大價值的唯一方法是仔細評估生態(tài)系統(tǒng)中的所有選項。對于每種類型的組件-背板、載卡、電源、處理模塊等），有必要將可用組件與所需組件進行比較，并采用“同類最佳”的方法來選擇。

性能數(shù)字對于此評估非常重要，但SWaP參數(shù)、接口兼容性、軟件支持、可靠性特征和環(huán)境限制也很重要。有效的組件選擇需要全面了解應用程序的目標、系統(tǒng)要求和相關限制。與任何復雜的設計活動一樣，經(jīng)驗具有很大的好處。水星最近參與了一個子系統(tǒng)設計工作，以說明這一過程。

開放式虛擬現(xiàn)實生態(tài)系統(tǒng) – 無人機案例研究

無人機平臺需要圖像和信號處理器來處理、利用和傳播大量多傳感器數(shù)據(jù)。需要用于多圖像處理、圖像壓縮和取證數(shù)據(jù)存儲的新技術。實現(xiàn) SWaP 和 QRC 進度要求對于計劃的成功也至關重要。我們確定，將子系統(tǒng)設計基于 OpenVPX 是統(tǒng)一多個技術供應商的努力并仍然按計劃創(chuàng)建功能強大、可互操作的子系統(tǒng)的最佳方式。

由于所有供應商都使用OpenVPX規(guī)范，因此使用了一種通用的“語言”，這大大減少了電路板，機箱和背板供應商的響應時間。夾層卡載體模塊、JPEG 壓縮模塊和新型處理模塊均被選中，并成功集成到適當尺寸的背板和機箱組合中。在成功完成初始現(xiàn)場測試后，該計劃已進入下一階段。

開放 VPX 已準備好支持下一代程序

國防部致力于推動更多快速部署先進能力以支持作戰(zhàn)人員的計劃;這一承諾的一個結(jié)果是需要基于基于標準的強大生態(tài)系統(tǒng)構建的強大集成嵌入式計算子系統(tǒng)。

OpenVPX標準專注于組件互操作性，為更快，風險更低的復雜新子系統(tǒng)的開發(fā)提供了堅實的基礎，這些子系統(tǒng)將滿足這些需求。使用平面、管道和輪廓的 OpenVPX 概念，系統(tǒng)架構師和設計人員可以定義經(jīng)過優(yōu)化以滿足一組特定應用要求的技術，并且還具有明確的組件互操作性參數(shù)。

超過30家供應商已經(jīng)生產(chǎn)出符合OpenVPX的組件，創(chuàng)建了一個支持OpenVPX設計的可靠且快速增長的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)選擇包括多種樣式的處理模塊、夾層載體、存儲卡、I/O 接口、交換矩陣交換機、背板和機箱。在開發(fā)優(yōu)化設計后，子系統(tǒng)開發(fā)人員必須仔細評估并從這個可用的生態(tài)系統(tǒng)中選擇最佳的組件。

優(yōu)化的 OpenVPX 設計和有效的組件選擇相結(jié)合，為開發(fā)人員提供了一個靈活但可重復的流程，用于創(chuàng)建下一代嵌入式解決方案。

審核編輯：郭婷