國防計(jì)劃面臨著提供先進(jìn)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(dǎo)彈防御計(jì)劃，尤其是ISR計(jì)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(jì)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(gè)月內(nèi)解決75%的問題。

蓋茨部長正在努力推動(dòng)更快的項(xiàng)目部署，因?yàn)樾录夹g(shù)可以給我們的作戰(zhàn)人員帶來優(yōu)勢(shì)。例如，安裝在無人機(jī)上的先進(jìn)光電攝像機(jī)可以提供叛亂部隊(duì)占領(lǐng)地區(qū)的精細(xì)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(diǎn)的豐富圖片。新的ISR計(jì)劃正在設(shè)計(jì)中，通過實(shí)時(shí)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(jià)值的信息。

強(qiáng)大、靈活、可配置的嵌入式計(jì)算對(duì)于提供這些下一代功能至關(guān)重要。新的傳感器，包括光電攝像頭、SIGINT天線和復(fù)雜的雷達(dá)，正在產(chǎn)生必須實(shí)時(shí)處理的大量數(shù)據(jù)。然后，需要更多的處理來執(zhí)行復(fù)雜的算法，這些算法可以同步和組合來自多個(gè)傳感器的輸出。計(jì)算子系統(tǒng)必須提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)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(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要一個(gè)由各種處理、I/O 和存儲(chǔ)選項(xiàng)支持的嵌入式計(jì)算架構(gòu)。從行業(yè)角度來看，這意味著一個(gè)強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，擁有大量兼容的選擇。要應(yīng)對(duì)計(jì)算挑戰(zhàn)并滿足壓縮的交付計(jì)劃，就需要選擇該生態(tài)系統(tǒng)的組件，將其設(shè)計(jì)為功能子系統(tǒng)，以可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行集成、測(cè)試、調(diào)試，并最終以可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行部署，而不會(huì)產(chǎn)生不必要的風(fēng)險(xiǎn)。OpenVPX （VITA 65） 標(biāo)準(zhǔn)滿足了這些要求，定義了由強(qiáng)大且不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)支持的嵌入式計(jì)算架構(gòu)。

開放 VPX 生態(tài)系統(tǒng)迅速成熟

在2009年和2010年，OpenVPX標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)級(jí)成熟度和生態(tài)系統(tǒng)的廣度方面都取得了巨大的進(jìn)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(jì)算系統(tǒng)供應(yīng)商的聯(lián)盟，他們齊聚一堂，共同解決 VPX （VITA 46） 系統(tǒng)級(jí)互操作性問題。許多原始的 VPX 子規(guī)范（稱為“點(diǎn)規(guī)范”）都是在沒有支持多供應(yīng)商互操作性的自上而下的系統(tǒng)級(jí)方法的情況下開發(fā)的（圖 1）。因此，使用來自多個(gè)供應(yīng)商的組件進(jìn)行 VPX 實(shí)現(xiàn)的初始嘗試很難在系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)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(diǎn)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(zhǔn)為ANSI / VITA 65.0-2010，將OpenVPX描述為“。..該架構(gòu)框架定義了多供應(yīng)商、多模塊、集成系統(tǒng)環(huán)境的系統(tǒng)級(jí) 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(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。它定義了用于實(shí)用程序、管理、控制、數(shù)據(jù)和擴(kuò)展的多個(gè)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(gòu)和層次結(jié)構(gòu)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(jī)箱配置文件）。背板配置文件定義背板拓?fù)洌愋停杭惺胶头植际浇粨Q以及主機(jī)/從站）。

通過使用 OpenVPX 擴(kuò)展 VPX，業(yè)界齊心協(xié)力，專注于系統(tǒng)級(jí)互操作性。早在最終批準(zhǔn)之前，參與創(chuàng)建OpenVPX的技術(shù)供應(yīng)商以及許多其他公司就開始設(shè)計(jì)，開發(fā)和交付符合OpenVPX標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，迅速創(chuàng)建了一個(gè)不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)。僅部分列表包括：

比特軟件信號(hào)處理系統(tǒng) – FPGA 和 DSP 處理模塊

并行技術(shù) – 英特爾處理和存儲(chǔ)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(gòu)處理和開發(fā)機(jī)箱

GE 智能平臺(tái) – 電源架構(gòu)和英特爾處理模塊、XMC 載卡、以太網(wǎng)交換機(jī)和機(jī)箱

控創(chuàng) – 英特爾處理、GbE 交換機(jī)和開發(fā)機(jī)箱

水星計(jì)算機(jī)系統(tǒng) – 實(shí)現(xiàn)電源架構(gòu)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(jī)

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(jī)箱和可部署機(jī)箱

為開放式 VPX 設(shè)計(jì)做出決策

然而，盡管有其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)和生態(tài)系統(tǒng)，OpenVPX并不是即時(shí)創(chuàng)建嵌入式計(jì)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(jì)算技術(shù)和應(yīng)用程序特定需求的專業(yè)知識(shí)。

首先，存在子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。僅舉一個(gè)例子，在OpenVPX標(biāo)準(zhǔn)下工作的設(shè)計(jì)人員必須決定背板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此決策需要了解系統(tǒng)內(nèi)通信技術(shù)，如交換機(jī)結(jié)構(gòu)。該決策還涉及對(duì)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流的了解。在了解技術(shù)和應(yīng)用的情況下，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，這種類型的決策在平面、管道和輪廓的上下文中重復(fù)多次。它需要技能和經(jīng)驗(yàn)來創(chuàng)建針對(duì)特定應(yīng)用的最佳性能而優(yōu)化的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該階段完成后，下一步是選擇最佳組件。

組件選擇過程

市場(chǎng)上提供了大量深度和多樣性的開放VPX技術(shù)組件;從這些品種中做出正確的選擇是開發(fā)應(yīng)用程序優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。雖然保持在特定供應(yīng)商產(chǎn)品線的“舒適區(qū)”內(nèi)通常很誘人，但提供最大價(jià)值的唯一方法是仔細(xì)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)中的所有選項(xiàng)。對(duì)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(jìn)行比較，并采用“同類最佳”的方法來選擇。

性能數(shù)字對(duì)于此評(píng)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(yīng)用程序的目標(biāo)、系統(tǒng)要求和相關(guān)限制。與任何復(fù)雜的設(shè)計(jì)活動(dòng)一樣，經(jīng)驗(yàn)具有很大的好處。水星最近參與了一個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，以說明這一過程。

開放式虛擬現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng) – 無人機(jī)案例研究

無人機(jī)平臺(tái)需要圖像和信號(hào)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(chǔ)的新技術(shù)。實(shí)現(xiàn) SWaP 和 QRC 進(jìn)度要求對(duì)于計(jì)劃的成功也至關(guān)重要。我們確定，將子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于 OpenVPX 是統(tǒng)一多個(gè)技術(shù)供應(yīng)商的努力并仍然按計(jì)劃創(chuàng)建功能強(qiáng)大、可互操作的子系統(tǒng)的最佳方式。

由于所有供應(yīng)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(jī)箱和背板供應(yīng)商的響應(yīng)時(shí)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(dāng)尺寸的背板和機(jī)箱組合中。在成功完成初始現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，該計(jì)劃已進(jìn)入下一階段。

開放 VPX 已準(zhǔn)備好支持下一代程序

國防部致力于推動(dòng)更多快速部署先進(jìn)能力以支持作戰(zhàn)人員的計(jì)劃;這一承諾的一個(gè)結(jié)果是需要基于基于標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的強(qiáng)大集成嵌入式計(jì)算子系統(tǒng)。

OpenVPX標(biāo)準(zhǔn)專注于組件互操作性，為更快，風(fēng)險(xiǎn)更低的復(fù)雜新子系統(tǒng)的開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，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(gòu)師和設(shè)計(jì)人員可以定義經(jīng)過優(yōu)化以滿足一組特定應(yīng)用要求的技術(shù)，并且還具有明確的組件互操作性參數(shù)。

超過30家供應(yīng)商已經(jīng)生產(chǎn)出符合OpenVPX的組件，創(chuàng)建了一個(gè)支持OpenVPX設(shè)計(jì)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(chǔ)卡、I/O 接口、交換矩陣交換機(jī)、背板和機(jī)箱。在開發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，子系統(tǒng)開發(fā)人員必須仔細(xì)評(píng)估并從這個(gè)可用的生態(tài)系統(tǒng)中選擇最佳的組件。

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

審核編輯：郭婷