HOST 向嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員開放軍用金庫(kù)

帕特里克·曼尼翁，特約編輯

在花里胡哨的外表下隱藏著一段軍用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的歷史，其中充斥著錯(cuò)過(guò)最后期限、成本超支和落后的技術(shù)。隨著硬件開放系統(tǒng)技術(shù) (HOST) 努力背后的所有三個(gè)武裝部隊(duì)異常迅速地整合支持，這種情況可能即將改變。

NAVAIR 開放系統(tǒng)硬件工程師 Patrick Collier 表示：“如今，政府想要的系統(tǒng)和趨勢(shì)變得越來(lái)越復(fù)雜，將它們投入使用的成本也越來(lái)越高?！?“因此，除非我們對(duì)此采取措施，否則它將崩潰：鑒于政府將承擔(dān)的成本，我們將無(wú)法部署任何類型的復(fù)雜系統(tǒng)?！?（圖 1）。

圖 1：美國(guó)空軍、陸軍和海軍在一次不同尋常的團(tuán)結(jié)展示中落后于 HOST，以努力降低成本并更快地部署先進(jìn)系統(tǒng)。（圖片來(lái)源：FACE財(cái)團(tuán)）

Collier 在最近在新奧爾良舉行的嵌入式技術(shù)趨勢(shì)活動(dòng)中特別針對(duì)空軍的傳感器開放系統(tǒng)架構(gòu) (SOSA) 發(fā)表了講話。SOSA 是一項(xiàng)專注于航空電子傳感器和外圍設(shè)備處理的標(biāo)準(zhǔn)化工作，已經(jīng)在努力降低成本和時(shí)間以將新技術(shù)引入該領(lǐng)域。它包括五組：

機(jī)電：制定連接器和接口規(guī)范，以將現(xiàn)有有效載荷連接到平臺(tái)

業(yè)務(wù)：從事營(yíng)銷、合同、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和業(yè)務(wù)發(fā)展

企業(yè)：致力于 SOSA 的總體架構(gòu)，以定義從一個(gè)應(yīng)用程序到下一個(gè)應(yīng)用程序的術(shù)語(yǔ)和功能

軟件：致力于軟件可移植性和第三方應(yīng)用程序編程接口 (API)

硬件：這是 Collier 在 SOSA 中領(lǐng)導(dǎo)的小組，負(fù)責(zé)定義他所說(shuō)的將利用 OpenVPX 的下一代系統(tǒng)盒。 ?

與 SOSA 一起，空軍還率先開發(fā)了未來(lái)機(jī)載能力環(huán)境 (FACE)，該環(huán)境僅專注于軟件開發(fā)和可移植性，以降低開發(fā)成本。SOSA 和 FACE 都是 HOST 的基礎(chǔ)。

雖然 Collier 受雇于海軍的海軍航空系統(tǒng)司令部 (NAVAIR)，但他強(qiáng)調(diào)了 HOST 的統(tǒng)一目的，并指出了其早期意圖：“為美國(guó)軍事平臺(tái)開發(fā)嵌入式計(jì)算系統(tǒng)提供框架。HOST 為美國(guó)政府采購(gòu)、系統(tǒng)集成商和第三方組件供應(yīng)商提供了一個(gè)開放、可互操作、可升級(jí)和可持續(xù)的嵌入式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。”

與目前系統(tǒng)的收縮方式相比，HOST 范式將在標(biāo)準(zhǔn)卡和背板的更多層次上具有標(biāo)準(zhǔn)接口和功能（圖 2）。

圖 2：使用 SOSA 模型，HOST 將應(yīng)用程序分解為具有標(biāo)準(zhǔn)功能和接口的模塊，這些模塊將在標(biāo)準(zhǔn)卡上和跨標(biāo)準(zhǔn)背板運(yùn)行。（圖片來(lái)源：NAVAIR）

HOST 正在整合 SOSA 的模型，該模型將應(yīng)用程序的技術(shù)分解為可以在不同平臺(tái)上的其他應(yīng)用程序中重復(fù)使用的構(gòu)建塊。“一年前，陸軍、海軍和空軍決定我們都使用相同的東西并使用相同的標(biāo)準(zhǔn)，因此我們想利用這一點(diǎn)，”科利爾說(shuō)。在 SOSA 的情況下，用于飛機(jī)上的方向舵或其他功能配置文件的傳感器應(yīng)用可能在陸軍陸地車輛或海軍水面艦艇中具有推論。

打破供應(yīng)商鎖定

除了降低成本、促進(jìn)重用和縮短部署時(shí)間外，Collier 還強(qiáng)調(diào)需要打破供應(yīng)商鎖定?！拔覀兿Ｍ苊馊諒?fù)一日地回到同一個(gè)供應(yīng)商，”他說(shuō)。這種打破定制或半定制設(shè)計(jì)鎖的愿望并不罕見。

高級(jí)電信計(jì)算體系結(jié)構(gòu) (ATCA) 是一個(gè)很好的示例，該標(biāo)準(zhǔn)為類似目的但在通信環(huán)境中結(jié)合在一起。但是，由于各種原因，該標(biāo)準(zhǔn)工作遇到了麻煩，其中之一是成本。Lanner Electronics, Inc. 電信設(shè)備全球業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) Sven Freudenfeld 表示：“當(dāng)您根據(jù) [ATCA] 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建所有產(chǎn)品時(shí)，您的成本點(diǎn)就無(wú)法進(jìn)入市場(chǎng)?！盠anner 采用了混合方法，采用一些 ATCA 功能并開發(fā) HTCA-6000 平臺(tái)，該平臺(tái)針對(duì)高可靠性電信進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)也連接到數(shù)據(jù)中心。

由于高成本和差異化的需要，Lanner 與 ATCA 的偏差凸顯了標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)過(guò)高的問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)影響是解決方案的同質(zhì)性，這可能是好是壞。雖然 HOST 的意圖是打破供應(yīng)商鎖定，但供應(yīng)商鎖定的另一面是為所有來(lái)者開啟投標(biāo)。對(duì)于軍方供應(yīng)商的安裝基礎(chǔ)，這不是好消息，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在與所有新來(lái)者處于平等地位。

然而，對(duì)于一個(gè)正在努力降低成本的美國(guó)政府來(lái)說(shuō)，這種情況是理想的。如果 HOST 按計(jì)劃起飛，軍方將有多個(gè)開發(fā)人員提供類似的硬件和軟件，可以在空中、陸地和海上應(yīng)用。這是通過(guò)更具競(jìng)爭(zhēng)力的投標(biāo)降低成本的好機(jī)會(huì)。

對(duì)于實(shí)際上被排除在軍事合同之外的嵌入式技術(shù)供應(yīng)商，他們現(xiàn)在有機(jī)會(huì)競(jìng)標(biāo)嵌入式系統(tǒng)合同，并競(jìng)標(biāo)他們?cè)?2018 年 6390 億美元軍事預(yù)算中的份額。

圍繞 OpenVPX 集會(huì)

所有三個(gè)武裝部門的合作程度顯然是不同尋常的，這讓 VITA 執(zhí)行董事杰里·吉珀感到驚訝?！拔乙郧皬奈匆娺^(guò)這樣的事情，”他說(shuō)。作為 80 年代和 90 年代初 VMEbus/Multibus 戰(zhàn)爭(zhēng)的老手，Gipper 也是 Futurebus+ 的幕后推手。然而，F(xiàn)B+ 并沒(méi)有去任何地方——很大程度上是因?yàn)槌杀?，但也因?yàn)樗幻鞔_了，Gipper 說(shuō)?！皼](méi)有人站出來(lái)說(shuō)，‘好吧，我們想使用千兆以太網(wǎng)；這是我們想要的尺寸和別針，這就是我們要使用的。'”

這種清晰的引腳級(jí)別正是 HOST 提供的，在 OpenVPX 上工作，并且它已經(jīng)定義了連接器引腳。從 Gipper 的角度來(lái)看，這部分是它迅速起飛并引起如此多興趣的部分原因?！霸谶^(guò)去的幾個(gè)月里，我主持的 HOST Webex 電話會(huì)議已經(jīng)從 25 人的許可證變成了需要 200 人的許可證，”他說(shuō)。

HOST 與其他標(biāo)準(zhǔn)工作的區(qū)別在于，由于 VPX 和 OpenVPX 背后的工作，Curtiss-Wright、Abaco Systems 和 Mercury Computer 等公司已經(jīng)提供了產(chǎn)品。因此，洛克希德馬丁公司、諾斯魯普格魯曼公司和 CERDEC 已經(jīng)在構(gòu)建系統(tǒng)以滿足 SOSA 以及很快的 HOST 要求。

用于主機(jī)的 OpenVPX

OpenVPX 正在 VITA 65 工作組下開發(fā)，目前版本為 65.0 和 65.1?；€ VPX 標(biāo)準(zhǔn)于 2007 年出現(xiàn)，作為超越 VME64 和 VXS 的下一步，在明確需要串行交換結(jié)構(gòu)和更多引腳之后。VPX 支持千兆以太網(wǎng)以及 Infiniband、Serial RapidIO 和 PCI Express。它建立在具有 6U 和 3U 外形尺寸的 VME 之上。2010 年，VPX 緊隨其后，OpenVPX 努力為 VPX 提供系統(tǒng)級(jí)方法。

OpenVPX 的系統(tǒng)和功能標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn) HOST 長(zhǎng)期意圖的基本屬性。在接下來(lái)的 10 到 15 年中，Collier 預(yù)計(jì)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)增長(zhǎng)，并允許快速識(shí)別可以轉(zhuǎn)換為構(gòu)建塊和模塊的功能，以最大限度地重用。

與此同時(shí)，Abaco Systems 等供應(yīng)商繼續(xù)構(gòu)建當(dāng)前可用的 OpenVPX 庫(kù)存。3 月下旬，它發(fā)布了基于 OpenVPX 的 SBC367D，這是一款基于 Intel Xeon D-1500 處理器系列的 3U、40-Gigabit-Ethernet (GbE) 卡（圖 3）。

圖 3：Abaco Systems 的 SBC367D OpenVPX 單板計(jì)算機(jī) (SBC) 支持 40 GbE，基于 16 核 Intel Xeon D-1500 處理器。

該板是“任務(wù)就緒”的，配備 32 GB 的 DDR4 SDRAM，是 Abaco 面向 PCI Express 的 SBC347D 的以太網(wǎng)替代品。雖然以太網(wǎng)最初因其不確定性而被忽視，但其跨多模塊架構(gòu)的可擴(kuò)展性和快速提高的性能滿足了軍事和航空電子應(yīng)用不斷發(fā)展的需求。

除了 40-GbE 支持外，SBC367D 還具有一系列安全功能，以支持防篡改和信息保障策略。其中包括具有 Microsemi 的 SmartFusion2 的固有安全 FPGA 解決方案以及對(duì)英特爾可信執(zhí)行技術(shù)的支持。

審核編輯 黃昊宇