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军事嵌入式计算应用倾向于避开电信设备标准,为嵌入式计算制造商创造了两个主要市场。电信标准适用于静态、温度受控的环境,使用大模块尺寸,特别是在增值服务提供商的情况下,采用快速技术流失来实现其服务的同比成本效益。在这种快速的技术发展中,以高级电信计算架构(AdvancedTCA)及其相关高级夹层卡(AdvancedMC)标准的形式出现了面向电信的嵌入式计算的新标准。MicroTCA使AdvancedMC更进一步,从中创建了一种小型,基于结构的嵌入式计算架构,该架构将在比其电信前身更多的市场中具有广泛的吸引力,包括许多传统和新的军事应用。

高级MC可以生产两种基本尺寸,并可选择宽度:约3“ x 7”的单个模块和约6“ x 7”的双尺寸模块。它们安装在插入 AdvancedTCA 机架系统的托架上,使用高速串行连接(如 PCI Express 或以太网)与机架中的 AdvancedTCA 模块互连。AdvancedMC

通常用于提供电信系统中的大量外部连接和协议,提供了一种非常灵活的方式来混合和匹配AdvancedTCA系统以满足用户的要求。

MicroTCA省去了笨重的AdvancedTCA设备实践,而是将AdvancedMC模块直接插入安装在300毫米实践货架系统中的背板中,该系统支持从单个或两个单一尺寸AdvancedMC到单尺寸和双尺寸模块的大型混合配置的尺寸和复杂性级别。如果没有AdvancedTCA的支持环境,MicroTCA需要自己的电源和系统管理形式以及由MicroTCA运营商集线器(MCH)提供的高速结构交换机。MCH 占用单个背板插槽,最多支持 12 个 MicroTCA 背板插槽。MicroTCA 成功的关键包括其大小、性能、可扩展性、对不同结构(PCI Express、以太网和串行 RapidIO)的支持以及高可用性功能,例如具有模块、电源和冷却热插拔的多个冗余。图 1 说明了 MicroTCA 的主要架构特性。

到目前为止,对军事

VME以及CompactPCI产品的重要性在嵌入式计算的COTS时代占据了主导地位。其中许多已经进入了主战坦克、装甲车、战斗机、直升机、无人机 (UAV) 和多种武器系统中备受瞩目的、非常坚固的应用。经验表明,VME和CompactPCI的6U外形为许多军事应用提供了尺寸、功率容量、性能、功能和耐用性的理想平衡,这使得MicroTCA的双尺寸格式对这些应用具有潜在的吸引力。新面料的引入以及对更高性能和连接性的需求已将当前标准推向极限,迎来了重新评估和技术逐步变革以保持领先地位的时代。就VME而言,出现了两个新标准:VITA 41(VXS)和更坚固的应用,VITA 46(VPX)。这些新标准为VME产品引入了类似于MicroTCA的以结构为中心的功能,使VME能够在未来相当长的一段时间内继续为坚固耐用的军事市场提供所需的性能和专用连接。

3U CompactPCI 最近在坚固耐用的军事应用中取得的成功突显了对空间和重量至关重要的更小外形尺寸的需求不断增长。为现有武器平台增加额外功能以及开发更小、更轻的无人机是当今 3U CompactPCI 的主要应用领域。但是,VME和CompactPCI擅长的这些应用领域在环境范围内处于非常坚固的一端。开发MicroTCA以满足这些苛刻的条件将非常昂贵,其主要好处可能不会增加任何可感知的运营价值。外形尺寸和架构对坚固耐用的嵌入式计算机的价格影响最小;磅对磅或立方英尺对立方英尺,如果需要相同级别的性能、功能和功耗,则经常性购买价格将相同。

MicroTCA的高可用性为许多坚固耐用的应用程序提供了很少的额外好处。例如,战斗机的任务可能不超过几个小时,但在此期间,100%的可靠性至关重要。设备必须在整个平台的运行范围内始终完美运行。在这种情况下,可靠性比高可用性更重要,因为如果出现问题,无法停止和重新配置硬件和应用程序软件。此外,某些类别的应用程序比其他应用程序类别更适合高可用性和冗余。硬件冗余适用于表驱动应用,如交换机、路由器、网关和集中器,但对于智能驱动系统(如任务计算机、飞行控制系统和人工智能应用)来说过于复杂。这些需要在操作系统级别重复执行和同步,并定期比较检查结果。

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军事应用潜力

MicroTCA不必与这些崎岖市场中的老牌领导者竞争即可取得成功。存在或正在出现许多其他更直接合适的市场,VME和CompactPCI将无法有效地解决。现有市场包括用于潜艇和水面舰艇的海军作战系统,以及带有加压工作区的载人监视飞机。这些系统的首要产品选择标准是合理的产品寿命、严格控制的配置管理和长期的演进路线图。

海军舰艇的任务时间可以延长到数月,在此期间必须以最小的中断进行维护和维修活动,因此可维护性和可用性是关键特征。这些系统主要可以使用商业级产品,因为它们的环境受到精心控制。开放标准对于将作战系统与这些平台上的许多其他系统集成至关重要,包括传感器、武器、电子战 (EW)、自卫、通信、推进和导航。如今,VME 在这个市场上被广泛使用,因为它与 PC 或盒装服务器相比具有许多操作优势。MicroTCA可以提供这些相同的优势以及高可用性和预计的价格点优势。

随着螺旋式开发原则的出现和有计划的定期技术更新的引入,许多在受保护环境中运行的程序正在学习利用最新的商业技术来发挥自己的优势。国防政策旨在使技术优势成为最终优势,但运营考虑往往阻碍了最新硬件的部署。排除战斗系统的专业显示要求,嵌入式计算元素可以使用商业级PC和服务器来实现,这些PC和服务器定期更新最新的高街产品。成本是技术更新的一大推动力。凭借其批量电信市场所支持的高水平的功能和性能,MicroTCA预计将提供快速的技术周期和有竞争力的价格点,这将使更一致的技术更新成为必要且负担得起的现实。

全球信息网格(GIG)的发展和未来类似互联网的信息战场凸显了对现场更多带宽的需求,以及整合来自所有军种的许多不同的战斗和情报收集平台。陆军未来的指挥结构将能够从多种来源获得前所未有的数字语音、数据和视频形式的信息量。MicroTCA非常适合陆军发展其通信基础设施的需求,并满足其通过卫星网络增加带宽的渴望。卡车、集装箱和悍马(如指挥所、无人机地面站和卫星终端)上的移动安装都是候选应用。AdvancedMC 为电信市场提供广泛的现成功能,使用经过验证的构建模块和软件即可轻松实现。图2显示了GE Fanuc Embedded Systems生产的一系列AdvancedMC模块,这些模块可用于移动军事通信应用。MicroTCA的小尺寸意味着它可以通过作茧来保护它免受外部环境的影响,而无需完全加固,使其可以大量实施。

部署之路 当然,MicroTCA不能走出线材中心直接走向部署

。对于许多细分市场,将需要专门的接口以及环境评估和增强包装。PCI Express和Serial RapidIO将成为应对军用界面和图形显示性能挑战的关键推动因素。MicroTCA有望成为弥合电信和军事市场之间差距的第一个有力竞争者,并可能为基于标准的嵌入式计算提供突破,进入军事通信基础设施,这将成为数字战场和GIG的支柱。

审核编辑:郭婷

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