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開發的歷史，其中充斥著錯過最后期限、成本超支和落后的技術。隨著硬件開放系統技術 (HOST) 努力背后的所有三個武裝部隊異常迅速地整合支持，這種情況可能即將改變。

NAVAIR 開放系統硬件工程師 Patrick Collier 表示：“如今，政府想要的系統和趨勢變得越來越復雜，將它們投入使用的成本也越來越高。” “因此，除非我們對此采取措施，否則它將崩潰：鑒于政府將承擔的成本，我們將無法部署任何類型的復雜系統。” （圖 1）。

圖 1：美國空軍、陸軍和海軍在一次不同尋常的團結展示中落后于 HOST，以努力降低成本并更快地部署先進系統。（圖片來源：FACE財團）

Collier 在最近在新奧爾良舉行的嵌入式技術趨勢活動中特別針對空軍的傳感器開放系統架構 (SOSA) 發表了講話。SOSA 是一項專注于航空電子傳感器和外圍設備處理的標準化工作，已經在努力降低成本和時間以將新技術引入該領域。它包括五組：

機電：制定連接器和接口規范，以將現有有效載荷連接到平臺

業務：從事營銷、合同、知識產權和業務發展

企業：致力于 SOSA 的總體架構，以定義從一個應用程序到下一個應用程序的術語和功能

軟件：致力于軟件可移植性和第三方應用程序編程接口 (API)

硬件：這是 Collier 在 SOSA 中領導的小組，負責定義他所說的將利用 OpenVPX 的下一代系統盒。 ?

與 SOSA 一起，空軍還率先開發了未來機載能力環境 (FACE)，該環境僅專注于軟件開發和可移植性，以降低開發成本。SOSA 和 FACE 都是 HOST 的基礎。

雖然 Collier 受雇于海軍的海軍航空系統司令部 (NAVAIR)，但他強調了 HOST 的統一目的，并指出了其早期意圖：“為美國軍事平臺開發嵌入式計算系統提供框架。HOST 為美國政府采購、系統集成商和第三方組件供應商提供了一個開放、可互操作、可升級和可持續的嵌入式系統標準。”

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

圖 2：使用 SOSA 模型，HOST 將應用程序分解為具有標準功能和接口的模塊，這些模塊將在標準卡上和跨標準背板運行。（圖片來源：NAVAIR）

HOST 正在整合 SOSA 的模型，該模型將應用程序的技術分解為可以在不同平臺上的其他應用程序中重復使用的構建塊。“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準，因此我們想利用這一點，”科利爾說。在 SOSA 的情況下，用于飛機上的方向舵或其他功能配置文件的傳感器應用可能在陸軍陸地車輛或海軍水面艦艇中具有推論。

打破供應商鎖定

除了降低成本、促進重用和縮短部署時間外，Collier 還強調需要打破供應商鎖定。“我們希望避免日復一日地回到同一個供應商，”他說。這種打破定制或半定制設計鎖的愿望并不罕見。

高級電信計算體系結構 (ATCA) 是一個很好的示例，該標準為類似目的但在通信環境中結合在一起。但是，由于各種原因，該標準工作遇到了麻煩，其中之一是成本。Lanner Electronics, Inc. 電信設備全球業務發展總監 Sven Freudenfeld 表示：“當您根據 [ATCA] 標準構建所有產品時，您的成本點就無法進入市場。”Lanner 采用了混合方法，采用一些 ATCA 功能并開發 HTCA-6000 平臺，該平臺針對高可靠性電信進行了優化，同時也連接到數據中心。

由于高成本和差異化的需要，Lanner 與 ATCA 的偏差凸顯了標準目標過高的問題。標準的另一個影響是解決方案的同質性，這可能是好是壞。雖然 HOST 的意圖是打破供應商鎖定，但供應商鎖定的另一面是為所有來者開啟投標。對于軍方供應商的安裝基礎，這不是好消息，因為他們現在與所有新來者處于平等地位。

然而，對于一個正在努力降低成本的美國政府來說，這種情況是理想的。如果 HOST 按計劃起飛，軍方將有多個開發人員提供類似的硬件和軟件，可以在空中、陸地和海上應用。這是通過更具競爭力的投標降低成本的好機會。

對于實際上被排除在軍事合同之外的嵌入式技術供應商，他們現在有機會競標嵌入式系統合同，并競標他們在 2018 年 6390 億美元軍事預算中的份額。

圍繞 OpenVPX 集會

所有三個武裝部門的合作程度顯然是不同尋常的，這讓 VITA 執行董事杰里·吉珀感到驚訝。“我以前從未見過這樣的事情，”他說。作為 80 年代和 90 年代初 VMEbus/Multibus 戰爭的老手，Gipper 也是 Futurebus+ 的幕后推手。然而，FB+ 并沒有去任何地方——很大程度上是因為成本，但也因為它太不明確了，Gipper 說。“沒有人站出來說，‘好吧，我們想使用千兆以太網；這是我們想要的尺寸和別針，這就是我們要使用的。'”

這種清晰的引腳級別正是 HOST 提供的，在 OpenVPX 上工作，并且它已經定義了連接器引腳。從 Gipper 的角度來看，這部分是它迅速起飛并引起如此多興趣的部分原因。“在過去的幾個月里，我主持的 HOST Webex 電話會議已經從 25 人的許可證變成了需要 200 人的許可證，”他說。

HOST 與其他標準工作的區別在于，由于 VPX 和 OpenVPX 背后的工作，Curtiss-Wright、Abaco Systems 和 Mercury Computer 等公司已經提供了產品。因此，洛克希德馬丁公司、諾斯魯普格魯曼公司和 CERDEC 已經在構建系統以滿足 SOSA 以及很快的 HOST 要求。

用于主機的 OpenVPX

OpenVPX 正在 VITA 65 工作組下開發，目前版本為 65.0 和 65.1。基線 VPX 標準于 2007 年出現，作為超越 VME64 和 VXS 的下一步，在明確需要串行交換結構和更多引腳之后。VPX 支持千兆以太網以及 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 提供系統級方法。

OpenVPX 的系統和功能標準化是實現 HOST 長期意圖的基本屬性。在接下來的 10 到 15 年中，Collier 預計應用程序數據庫將會增長，并允許快速識別可以轉換為構建塊和模塊的功能，以最大限度地重用。

與此同時，Abaco Systems 等供應商繼續構建當前可用的 OpenVPX 庫存。3 月下旬，它發布了基于 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 單板計算機 (SBC) 支持 40 GbE，基于 16 核 Intel Xeon D-1500 處理器。

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

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 解決方案以及對英特爾可信執行技術的支持。

審核編輯 黃昊宇