在國防與電子領(lǐng)域之間有許多交叉。不論從國家的政策導(dǎo)向還是活躍的股市都可以發(fā)現(xiàn),國防工業(yè)的表現(xiàn)越來越活躍。這也說明,國防軍工市場與民營市場的相互融合已經(jīng)成為一種明顯的趨勢,國防企業(yè)參與民營市場以及民營企業(yè)參與國防市場競爭,將會同時給兩種市場和兩類企業(yè)帶來大量的市場機會。不論是原本處在國防軍工系統(tǒng),還是處在民用電子行業(yè),要想抓住新形勢所帶來的新機遇,就應(yīng)該在技術(shù)上做好充分的準(zhǔn)備。
業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為,電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對航空與國防設(shè)備的主要影響將會體現(xiàn)在三個方面:
首先,微處理器的性能越來越高,從而使國防軍工設(shè)備擁有更加復(fù)雜、精密的功能,而這些功能的實現(xiàn)也更加依賴其中的軟件。在很多情況下,甚至有可能不對設(shè)備硬件作任何改變,僅僅通過國防軍工設(shè)備軟件的更新,就可以使得原有設(shè)備的功能不斷增強。
其次,連網(wǎng)能力將成為軍工設(shè)備的必備功能。例如,一個戰(zhàn)區(qū)、一架戰(zhàn)斗機、一輛坦克等,不論是內(nèi)部各裝配部件,還是整體運作環(huán)境,都是依賴電子信息網(wǎng)絡(luò)作為平臺。四面八方、甚至幾千公里以外的軍事指揮官都可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時掌握戰(zhàn)斗前沿的情況,更不用說,軍事裝備的管理維護(hù)也將大量通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。
VxWorks被用于波音787的通用核心系統(tǒng)
第三,安全性、可靠性問題將會更加突出。軍用裝備的安全性、可靠性從來就是一個不容半點忽視的問題,只是在高度自動化、網(wǎng)絡(luò)化的情況下,這方面的挑戰(zhàn)更為嚴(yán)峻了。特別是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,可能遭遇的意外狀況、特別是敵方的攻擊破壞的威脅更多、更復(fù)雜了。
航空與國防市場面臨的最大挑戰(zhàn)是每種應(yīng)用的多樣性和完全滿足需求的難度。例如,美國軍用航空業(yè)需要在系統(tǒng)部署的所有軟件中完全滿足100%的FAA RTCA DO-178B認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。在無線應(yīng)用軟件方面,需要完全遵循軟件通信架構(gòu)(SCA)2.2.2標(biāo)準(zhǔn)(POSIX的一個子集)。在安全系統(tǒng)中,需要達(dá)到相應(yīng)的由信息技術(shù)安全性評估國際通用標(biāo)準(zhǔn)所定義的評估保障級別(EAL)。相應(yīng)地,軟件提供商就需要具備廣泛的產(chǎn)品深度和廣度,從而為軍工行業(yè)不斷提供廣泛的解決方案系列。
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傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法已經(jīng)落伍
相對于軍事設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和功能上的復(fù)雜化,傳統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)方式無法滿足新的需求。
Yankee Group評估報告指出,設(shè)備軟件開發(fā)的低效率和時間浪費占去了整個產(chǎn)品生命周期成本的30%。而且,由此帶來的項目時間拖延將會產(chǎn)生更大的麻煩和潛在的成本。從軍工設(shè)備的演進(jìn)趨勢可以發(fā)現(xiàn),在這類產(chǎn)品從開發(fā)、使用到維護(hù)保養(yǎng)這個完整的生命周期之中,軟件即將成為關(guān)鍵的制約因素,而降低設(shè)備軟件開發(fā)的成本與復(fù)雜度是其中最大的挑戰(zhàn),因為軍事裝備功能復(fù)雜度將會主要反映為軟件復(fù)雜度的提高,因而使這類設(shè)備的開發(fā)成本和時間急劇增加,常常達(dá)到人們難以接受的程度。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn),軍事裝備制造商需要進(jìn)行一場軟件現(xiàn)代化的變革,改善和提高設(shè)備軟件開發(fā)工具、方法和部署策略,從而簡化設(shè)備軟件設(shè)計的復(fù)雜度。
在軍用設(shè)備的開發(fā)與部署過程中,導(dǎo)致軟件復(fù)雜度增加的主要原因有三個:第一,傳統(tǒng)的設(shè)備軟件開發(fā)基本上都是以設(shè)備為項目來安排。也就是說,每一個新設(shè)備的軟件開發(fā)幾乎都是從頭做起,以往的軟件開發(fā)成果很少有機會在新的設(shè)備軟件中發(fā)揮作用;第二,網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)是軍用裝備中一種必不可少的基礎(chǔ)功能,而軍用裝備制造廠商們?nèi)匀槐仨毻度氪罅咳肆Αr間和金錢來開發(fā)這些基礎(chǔ)性功能軟件,因而影響了他們在核心競爭力方面的資源投入。第三,大量自編軟件必然伴隨著非標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)規(guī)范、只能使用一次的開發(fā)工具以及僵化的技術(shù)方法,這就給技術(shù)創(chuàng)新帶來了極大的阻力。
總之,在傳統(tǒng)嵌入式軟件中只能一次性發(fā)揮作用的設(shè)計與部署方法非常不利于后續(xù)的系統(tǒng)集成,文檔也常常不夠完備,可擴充性和可重用性都不盡人意,因此很難適應(yīng)當(dāng)今世界的技術(shù)發(fā)展和市場環(huán)境。
DSO方法提升軍用軟件開發(fā)效率?
對于軍事裝備制造商來說,在軟件開發(fā)與部署方面顯然需要一場根本的變革。面向嵌入式軟件工程師個人使用的開發(fā)工具必將被面向整個企業(yè)和軟件開發(fā)團(tuán)隊的集成化、優(yōu)化的平臺所取代。軍事裝備廠商應(yīng)當(dāng)采用關(guān)鍵任務(wù)中間件和標(biāo)準(zhǔn)化的平臺方法,通過提高軟件部件的重復(fù)使用率,把設(shè)備軟件的開發(fā)、部署和維護(hù)提升到一個全新的水平。
無論是在復(fù)雜度和成本方面,還是軟件質(zhì)量和性能方面,新的軟件開發(fā)方法和工具都越來越成熟,從而可以幫助軍事裝備廠商在設(shè)備軟件開人員、流程和技術(shù)等方面得到全面的提升。如今,這種新的綜合性方法已經(jīng)有了一個十分貼切的名稱——DSO(Device Software Optimization,設(shè)備軟件優(yōu)化)。
DSO方法以優(yōu)化設(shè)備軟件的開發(fā)流程為目標(biāo),繼承和發(fā)展了過去25年來企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化和分布式計算領(lǐng)域逐漸積累起來的策略、方法和最佳實踐。Yankee Group分析師指出,設(shè)備軟件生命周期的發(fā)展趨勢正在走向集成化、構(gòu)件化、可重用、標(biāo)準(zhǔn)化、開源以及開發(fā)技能的歸一化。電子產(chǎn)品制造商和軟件工具提供商必須尋求開放、集成化并且基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法,才能適應(yīng)新興市場的要求。由于廣泛而深入地吸收過去20多年整個嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗,DSO可以更好地保證設(shè)備軟件的質(zhì)量和開發(fā)效率。DSO方法的核心意義在于把過去多年的經(jīng)驗歸納為起來,在整個產(chǎn)品開發(fā)項目生命周期中實現(xiàn)開發(fā)工具和流程的標(biāo)準(zhǔn)化,采用集成化的開發(fā)和運行時環(huán)境,同時吸收和利用開放源代碼社區(qū)產(chǎn)生的代碼、工具和協(xié)議,從而減少了對私有技術(shù)的依賴,并且以工程項目和市場需求為依據(jù),對開發(fā)人員和活動進(jìn)行靈活有效的管理。
在今后的三年內(nèi),在傳統(tǒng)的嵌入式以及實時軟件市場,也就是今后的DSO市場,競爭的主要焦點將會集中在軟件的設(shè)計、開發(fā)、測試和布署等四個不同的階段。作為醫(yī)療設(shè)備制造商來說,要想有效地加快自己產(chǎn)品的上市速度,就必須及早引入DSO工具、方法和流程,選擇以軟件開發(fā)者為中心的DSO開發(fā)工具。而且,通過成功地引入DSO,將會顯著地降低自己的產(chǎn)品在整個生命周期里的成本,從而提高自己的市場競爭力。
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面向軍用裝備的軟件開發(fā)平臺
在航空航天與國防設(shè)備領(lǐng)域,Wind River的軟件被廣泛使用。例如,波音公司選用Wind River Workbench進(jìn)行美軍陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FCS)項目的開發(fā)工作,其中包括了戰(zhàn)場指揮(BC,battle command)軟件、戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略通信以及情報、偵察和監(jiān)視傳感器。
面向軍工設(shè)備市場,集成化的DSO解決方案成為首選,其中較典型的是Wind River VxWorks 653平臺。這個平臺可以支持航空航天與國防裝備制造企業(yè)在電子產(chǎn)品安全性、可靠性等方面的特殊需求,符合包括ARINC 653 Part1、Supplement2和DO-178B等行業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),而且可以享受到Wind River公司積累了超過25年的設(shè)備軟件開發(fā)經(jīng)驗。
很多項目中應(yīng)用到VxWroks653,包括北美和EMEA的所有主要航空電子設(shè)備廠商,如空中客車、波音、EADS、Elbit、GE航空、Honeywell、Northrop Grumman、Raytheon等。其中最引人矚目的是VxWorks已被用于波音787的通用核心系統(tǒng)(CCS)。該系統(tǒng)將在單個航空設(shè)備倉內(nèi)支持來自15個以上波音客機設(shè)備供應(yīng)商的60多個應(yīng)用軟件同時運行。
此面向航空航天與國防裝備的軟件開發(fā)解決方案包括一個基于Eclipse的開發(fā)套件、基于多種操作系統(tǒng)的運行是平臺以及對設(shè)備軟件完整生命周期的技術(shù)支持與專業(yè)服務(wù),可以迅速提高裝備制造廠商的開發(fā)能力。特別是在網(wǎng)絡(luò)能力方面,這些設(shè)備軟件開發(fā)平臺支持CAN、DCOM、OPC、USB、Wi-Fi和IPv4/IPv6等所有當(dāng)今最常用的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)和協(xié)議,而且還包括完善的數(shù)據(jù)安全協(xié)議,例如IPsec和IKE、防火墻和NAT、Radius客戶端、802.11i無線安全、SSL和數(shù)字證書等,可以確保測試數(shù)據(jù)不被竊取、篡改和破壞。
近期值得關(guān)注的是,多核處理器已經(jīng)越來越成熟,而軍用裝備是多核處理器最佳的應(yīng)用領(lǐng)域之一。不過,多核處理器環(huán)境中的軟件開發(fā)將會遇到許多與單核處理器完全不同的挑戰(zhàn)。人們可通過運用Wind River的軍用設(shè)備軟件平臺輕松將DSO方法引入軍用設(shè)備軟件開發(fā)流程,從而把軟件管理維護(hù)的概念從開發(fā)階段延伸到整個產(chǎn)品生命周期。這樣一來,即使軍用裝備已經(jīng)在軍隊投入使用,裝備維護(hù)人員同樣也可以通過網(wǎng)絡(luò)來對其中的軟件進(jìn)行維護(hù)和升級。
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