縱觀嵌入式系統(tǒng)悠久的歷史，到現(xiàn)在為止幾乎完全數(shù)字化了,但還有射頻和微波技術(shù)卻是兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)并且相互之間也沒(méi)有有效的接口。由于各種原因，這個(gè)“射頻和數(shù)字間的鴻溝”也終將會(huì)連接起來(lái)。

去年10月，開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)(即板級(jí)數(shù)字和射頻子系統(tǒng))的Mercury Systems公司（后統(tǒng)稱Mercury ）發(fā)起了嵌入式和微波組件的制造商自發(fā)參與一個(gè)被叫OpenRFM的行動(dòng)。該公司的目標(biāo)是讓我們可以將射頻和微波技術(shù)首次集成到當(dāng)前“純數(shù)字”嵌入式器件中。如果你不是在嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，你可能想知道“為什么到現(xiàn)在才出現(xiàn)呢?“如果你在射頻和微波子系統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)，你可能會(huì)問(wèn)“為什么要這么麻煩?”

第一個(gè)問(wèn)題的答案是，數(shù)字和微波設(shè)計(jì)師一直以來(lái)處于不同的領(lǐng)域并且都無(wú)視對(duì)方的存在。第二個(gè)答案是集成這兩種不相關(guān)的技術(shù)的理由非常簡(jiǎn)單，不管你屬于什么“陣營(yíng)”,都有以下幾個(gè)原因:

?它將允許這兩種技術(shù)(數(shù)字和微波)集成在緊隨嵌入式系統(tǒng)行業(yè)之后的一種標(biāo)準(zhǔn)形式。

?它將在實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)防部的兩個(gè)主要目標(biāo)的道路上又往前邁了重大一步：將大大增加功能集成,并允許雷達(dá)、電子戰(zhàn)、和其他系統(tǒng)被用于多平臺(tái)而不需要進(jìn)行太大的改變或者重新設(shè)計(jì)。

?所有嵌入式系統(tǒng)制造商和承包商都遵循一個(gè)設(shè)計(jì)路線圖，同時(shí)保留相應(yīng)的靈活性來(lái)區(qū)分他們的產(chǎn)品和別人使用他們自己的兼容OpenRFM產(chǎn)品。

?構(gòu)建系統(tǒng)可以更小、更輕,耗能更少,更便宜,以及為嵌入式系統(tǒng)和終端產(chǎn)品能盡快面市。

雖然Mercury 的目標(biāo)是國(guó)防工業(yè)部門(mén)能夠參與OpenRFM，但是沒(méi)有理由不被其他嵌入式市場(chǎng)比如重工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療系統(tǒng)采納，例如，如果其中的一應(yīng)用以某種形式利用無(wú)線通信，則OpenRFM對(duì)包含其內(nèi)的商業(yè)系統(tǒng)制造商變成非常有價(jià)值。

為了擴(kuò)大這種集成趨勢(shì)，Mercury 需要將其標(biāo)準(zhǔn)加到當(dāng)前家庭安防標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)——OpenVPX中，其中首當(dāng)其中的就是VITA(其前身是VMEbus國(guó)際貿(mào)易協(xié)會(huì))。它的產(chǎn)生,至少是一個(gè)相當(dāng)好的機(jī)遇,因?yàn)樗喈?dāng)符合該協(xié)會(huì)的路線規(guī)劃,它已擴(kuò)展到包括軟件定義無(wú)線電和空間領(lǐng)域。

OpenRFM是基于OpenVPX板的一個(gè)模塊化、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合了硬件、固件和軟件，并允許高通道密度、先進(jìn)互連技術(shù)，采用的是“積木式”的方法。該公司已經(jīng)生產(chǎn)3 u和6 u 的兩種OpenVPX波形系數(shù)的 OpenRFM產(chǎn)品,如圖1和圖2所示。適用于OpenRFM 在OpenVPX環(huán)境下，足以適應(yīng)大范圍的集成微波子系統(tǒng)(現(xiàn)在被稱為集成微波組件或IMA)。

圖1:這是一個(gè)OpenRFM模塊，集成在一個(gè)OpenVPX板上。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在OpenRFM模塊中執(zhí)行的功能將占用一塊更大的獨(dú)立空間。

圖2:6 u 的底部VME載體和三個(gè)OpenRFM模塊:一個(gè)四分之一變頻器(左),寬帶調(diào)諧器(中)和直接數(shù)字合成器(右)。

最常見(jiàn)的是下變頻器，由它獲得每個(gè)系統(tǒng)的前端信號(hào)，在該系統(tǒng)中，信號(hào)必須通過(guò)空中捕獲和下變頻，其中下變頻可以由一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。下變頻器的反面是上變頻器,這是相反的:一個(gè)低頻信號(hào)被增加到所要求的頻率通過(guò)一個(gè)特定的應(yīng)用程序。這兩種IMA需要各種類(lèi)型的軍用和商用系統(tǒng)器件，從衛(wèi)星通信終端，到微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接幾乎都涉及各類(lèi)通信系統(tǒng)。

這些都是復(fù)雜的產(chǎn)品包括主動(dòng)和被動(dòng)微波組件，范圍從相對(duì)較小到非常龐大。這些子系統(tǒng)通常不以板級(jí)的產(chǎn)品出現(xiàn)而是以一個(gè)單獨(dú)的功能塊形式出現(xiàn)，OpenRFM有可能使整個(gè)系統(tǒng)更小。其他典型的IMA包括完整的數(shù)字接收器同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)信號(hào)處理、通用處理、信號(hào)分配以及其他功能塊形成更大子系統(tǒng)。

1為什么現(xiàn)在才出現(xiàn)?

正如我們都痛苦地意識(shí)到，國(guó)防工業(yè)已經(jīng)主要由技術(shù)驅(qū)動(dòng)而不是成本驅(qū)動(dòng)。這是因?yàn)樾碌睦走_(dá)、電子戰(zhàn)、和其他美國(guó)國(guó)防部(DoD)所需的系統(tǒng)是極其復(fù)雜的和對(duì)完成性能極具挑戰(zhàn)。也是因?yàn)槲褰谴髽菓?yīng)對(duì)當(dāng)前和下一代對(duì)手的能力，因?yàn)檫@些系統(tǒng)在這一領(lǐng)域保持了幾十年并且每隔幾年升級(jí)一次，另外這兩個(gè)需求并不便宜。

然而,抱著“盡管去做”心態(tài)的時(shí)代正在迅速接近尾聲，隨著國(guó)防部年度預(yù)算縮減，當(dāng)然五角大樓的開(kāi)支不是第一次放在顯微鏡下,但它可能是第一次。從技術(shù)上講數(shù)字和微波技術(shù)的各路承包商正在大范圍的讓預(yù)算變得緊張。所以O(shè)penRFM非常適合成為其中一個(gè)推動(dòng)者。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)電、軟件，遙控飛機(jī)，和熱插拔接口這些使用于集成的微波組件(工業(yè)用語(yǔ)叫做IMA)，OpenRFM幾乎可以完全改變國(guó)防系統(tǒng)構(gòu)建的方式，提供一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的路線圖，允許系統(tǒng)在多個(gè)平臺(tái)上使用，這就是為什么他們今天才被設(shè)計(jì)和建造的反面證據(jù)。盡管一個(gè)雷達(dá)被“制造商A”為一架飛機(jī)而制造，跟“制造商B”為另一個(gè)飛機(jī)制造的雷達(dá)的功能是一樣的，但他們的設(shè)計(jì)幾乎完全不同,合并專利設(shè)計(jì),并不能很容易地從一個(gè)平臺(tái)“移植”到另一個(gè)平臺(tái)。

2這里有幾個(gè)先例…

在市場(chǎng)領(lǐng)域，數(shù)字和微波技術(shù)以一套準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)形式和諧共存，智能手機(jī)和其他無(wú)線設(shè)備就是一個(gè)典型的例子。在所有這些情況下，集成由需求所驅(qū)動(dòng)---因?yàn)樵谶@些電池供電設(shè)備中，沒(méi)有空間留給不同標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。

藍(lán)牙產(chǎn)品和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（Zigbee）歸屬于無(wú)線通信，和無(wú)線接入點(diǎn)一樣，一些醫(yī)療設(shè)備,和其他產(chǎn)品，其尺寸或其他限制因素決定了數(shù)字和微波技術(shù)集成是非常重要的。他們體積小和獨(dú)特的數(shù)字和微波要求這種集成達(dá)到使用片上系統(tǒng)(SoC)方法的水平，因?yàn)檫@種方法可以真正地將數(shù)量驚人的功能集成在一個(gè)單一的芯片。一個(gè)很好的例子就是芯科實(shí)驗(yàn)室的Si468x數(shù)字接收IC，其本質(zhì)上是低功耗多波段數(shù)字廣播接收器，其支持調(diào)幅,長(zhǎng)波、短波、調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)頻高清廣播、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字多媒體廣播。

除此之外，它們包括一個(gè)OFDM信道解調(diào)器，音頻DSP處理，片上源解碼，I2S數(shù)字音頻輸出，一個(gè)立體聲音頻DAC、VCO、鎖相環(huán)（PLL）、頻率合成器、AGC SPI,I2C控制接口。典型應(yīng)用包括多媒體手機(jī)、多媒體播放器、GPS設(shè)備和平板電腦,所有類(lèi)型的固定和便攜式收音機(jī)、音箱、娛樂(lè)系統(tǒng)。

圖3:硅實(shí)驗(yàn)室Si468x數(shù)字廣播接收器是一個(gè)一體化的解決方案。

另一種SoC把大量功能集成在一個(gè)芯片上，它就是是博通公司的BCM20736WICED智能藍(lán)牙SoC，其允許OEM在他們自己的ARM Cortex-M3處理器上開(kāi)發(fā)應(yīng)用。它包括一個(gè)射頻和嵌入式藍(lán)牙協(xié)議棧,支持無(wú)線充電,軟件配置文件,堆棧,API和應(yīng)用程序的軟件開(kāi)發(fā)工具，還有兩個(gè)串行外圍接口(spi)。設(shè)備設(shè)計(jì)成電壓為1.2 VDC的硬幣大小電池供電，與Broadcom藍(lán)牙智能soc管腳兼容，可以實(shí)現(xiàn)空中安全更新。

3挑戰(zhàn)

重要的是要注意其他國(guó)防電子制造商出于必要，也會(huì)在板級(jí)產(chǎn)品中集成了射頻和微波技術(shù)。不同的是不像Mercury沒(méi)有一家有如此遠(yuǎn)見(jiàn)能把標(biāo)準(zhǔn)方案公布出來(lái)。

第一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是讓VITA會(huì)員在普通標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)流程之后批準(zhǔn)以 OpenVPX方式進(jìn)行OpenRFM 合并。有趣的是,OpenVPX在2009年被Mercury 推薦，作為拓寬VPX標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)的一個(gè)方法，以及擁有28家公司參與開(kāi)發(fā)的一個(gè)工作組。面臨的挑戰(zhàn)是會(huì)出現(xiàn)許多同樣的公司，他們幾乎對(duì)射頻和微波技術(shù)沒(méi)有興趣或技術(shù)能力來(lái)接受這個(gè)概念。如果他們這樣做,他們肯定要有效地簽署遵守標(biāo)準(zhǔn)，如果他們選擇這種技術(shù)添加到他們的產(chǎn)品系列中。

如果OpenRFM被VITA接受之后進(jìn)行root，接下來(lái)毫無(wú)疑問(wèn)，最艱巨的挑戰(zhàn)將是引導(dǎo)微波行業(yè)參與進(jìn)來(lái)。這比OpenVPX困難的多，原因有兩個(gè)。首先,正如VPX已經(jīng)是VITA標(biāo)準(zhǔn),并且需要引入完全新的或截然不同的技術(shù)。這個(gè)挑戰(zhàn)將甩Mercury的對(duì)手幾條街。

其次，微波行業(yè)至少這些服務(wù)于航空航天和國(guó)防的部門(mén)，沒(méi)有像VITA一樣的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，并且不習(xí)慣處理國(guó)防部或其他政府機(jī)構(gòu)以外的任何標(biāo)準(zhǔn)。它也與VITA和嵌入式系統(tǒng)業(yè)務(wù)沒(méi)有關(guān)系。因此,OpenRFM可能很難賣(mài)給這些公司，雖然這個(gè)行業(yè)是否會(huì)參與進(jìn)來(lái)，最初可能并不重要,因?yàn)樗€需要來(lái)自國(guó)防部和主承包商的訂單。然而,如果國(guó)防部授權(quán)其使用，IMA制造商就必須得遵守它。

4限制和機(jī)會(huì)

OpenRFM本就適合這些射頻輸出功率很低的應(yīng)用，因?yàn)楦叩墓男枰筚|(zhì)上是最的組件，導(dǎo)致子系統(tǒng)太大而不能集成在OpenVPX。這意味著它將用于系統(tǒng)的接收而不是發(fā)送部分并且在射頻功率放大器，低噪聲放大器和其他小信號(hào)子系統(tǒng)的低功耗驅(qū)動(dòng)階段。

然而，在子系統(tǒng)操作中高頻(毫米波領(lǐng)域)使用還是非常吸引人的，其中組件比較低的頻率和功率較低的組件要小的多。雖然不可能將高功率射頻和OpenRFM內(nèi)的微波子系統(tǒng)進(jìn)行整合，但也許可以讓他們?nèi)ゼ嫒菟?這樣仍然可以讓來(lái)自各種微波制造商的系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

5接下來(lái)是什么…

OpenRFM第一次是在今年1月份的嵌入式社區(qū)VITA會(huì)議(被稱為嵌入式技術(shù)趨勢(shì))上出現(xiàn)。下一步Mercury會(huì)在 IEEE國(guó)際微波研討會(huì)上 為OpenRFM提交申請(qǐng)，而且現(xiàn)在已經(jīng)在進(jìn)行中。由IEEE發(fā)起,該行業(yè)的主要國(guó)際研討會(huì)和展會(huì)匯集了幾乎世界各地的所有行業(yè)。該公司在這次活動(dòng)中做了一些演講并首次針對(duì)電子戰(zhàn)的應(yīng)用程序引入500- 18 GHz數(shù)字微波調(diào)諧器。整個(gè)RFM-1RS18包含三個(gè)OpenRFM模塊以單寬度6U VXS格式。在這個(gè)尺寸是一個(gè)轉(zhuǎn)換器帶四個(gè)IF輸出和頻率合成器。這個(gè)舞臺(tái)還會(huì)出現(xiàn)什么，只有具有極高洞察力的人才敢大膽猜測(cè)。

值得注意的是，無(wú)論OpenRFM是否被嵌入式系統(tǒng)和微波社區(qū)所接受作為OpenVPX的一部分，Mercury 都贏了，因?yàn)樗匀粚⑦@個(gè)公式用于自己的產(chǎn)品。然而，集成射頻和微波IMA在一個(gè)板級(jí)產(chǎn)品（其中無(wú)一例外全是數(shù)字化）的動(dòng)力這兩個(gè)行業(yè)都面臨迫在眉睫的挑戰(zhàn)，因?yàn)閲?guó)防部正在認(rèn)真考慮改變?cè)O(shè)計(jì)規(guī)范。國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和軍隊(duì)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、空軍特別是海軍都參與該項(xiàng)目。可能需要一些時(shí)間才能讓國(guó)防工業(yè)廣泛接受這個(gè)挑戰(zhàn)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看它別無(wú)選擇。

OpenRFM發(fā)展背后的另一個(gè)最基本因素是：集成數(shù)字和微波技術(shù)是自第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)都是令人難以攻破的難題。畢竟設(shè)計(jì)工程師也是人，并且一般情況下都抵觸具有顛覆性變化的挑戰(zhàn)。缺乏將這兩種技術(shù)在嵌入式“空間”結(jié)合的動(dòng)力，誰(shuí)知道什么時(shí)候才會(huì)有靈感突現(xiàn)呢，而且OpenRFM也許只是一個(gè)催化劑呢。