軍事系統(tǒng)的系統(tǒng)集成至關(guān)重要

　　在以網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)場上，所有系統(tǒng)(平臺)都互連節(jié)點(diǎn)，共同為軍事人員提供任務(wù)關(guān)鍵型信息。這種方式正不斷推動創(chuàng)新集成系統(tǒng)的發(fā)展。新型軍事系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成幫助滿足新興設(shè)計需求，讓每部車輛、每架飛機(jī)、每架無人機(jī) (UAV)、每艘艦艇以及每名士兵在幾乎所有各級軍事行動中都能共享包括數(shù)據(jù)、語音和視頻在內(nèi)的信息。為戰(zhàn)場提供實時信息，這是當(dāng)前軍事系統(tǒng)的主要重點(diǎn)，也是戰(zhàn)斗任務(wù)勝利完成、士兵生存不可或缺的部分。

　　這些軍事應(yīng)用需要解決方案不但要提供高性能，并針對復(fù)雜地面和空中通信提供更多控制功能，同時還要盡可能輕量化。解決這種網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)需求的一種方法是采用多內(nèi)核數(shù)字信號處理器 (DSP) 或多內(nèi)核處理器來設(shè)計軍事系統(tǒng)。這種方法可在提升系統(tǒng)功能的同時，應(yīng)對小型化、輕量化以及低功耗 (SWaP) 的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計人員在設(shè)計這些系統(tǒng)時必須考慮多種因素與性能需求。表1列出了設(shè)計人員在選擇處理器時要考慮的 5 大重要指標(biāo)。

　　表1：軍事系統(tǒng)所用處理器的重要選擇指標(biāo)

　　COTS現(xiàn)有商業(yè) (commercial off-the-shelf) 多內(nèi)核或多處理器片上系統(tǒng) (SoC) 可為設(shè)計人員實現(xiàn)應(yīng)用提供同質(zhì)(單個器件中的多個 DSP)或異質(zhì)(單個器件中的 ARM? + DSP)解決方案選擇。這兩種方案都能為設(shè)計人員提供在單個系統(tǒng)中集成多種功能所需的處理性能的完美組合。

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　　圖 1：德州儀器 KeyStone 多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)

　　圖 1中的架構(gòu)是多內(nèi)核 SoC 可作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案的工作原理。SoC 中的多內(nèi)核可用作實施網(wǎng)絡(luò)不同層的協(xié)處理器。此外，SoC 還具有內(nèi)部共享存儲器和高速 I/O，可提供雷達(dá)、傳感器、單兵攜帶軍事裝備以及 UAV 等系統(tǒng)所需的存儲器及處理器間帶寬。

　　雷達(dá)和傳感器系統(tǒng)都可通過多內(nèi)核 DSP SoC 獲得優(yōu)勢。這些應(yīng)用可充分利用多內(nèi)核的并行計算功能。除了雷達(dá)、信號智能以及視頻監(jiān)控之外，多內(nèi)核器件還可應(yīng)用于影像穩(wěn)定、目標(biāo)跟蹤、飛行控制以及遙感勘測等應(yīng)用領(lǐng)域。

　　此外，UAV 也是一個可通過系統(tǒng)集成獲得優(yōu)勢的領(lǐng)域。例如，小型 UAV 面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)就是在降低 SWaP 的同時提高功能，為 UAV 有效負(fù)載系統(tǒng)實現(xiàn)自主控制。小型 UAV 這一術(shù)語是指二類或三類 UAV，起飛重量在 21 至 1320 磅之間。UAV 系統(tǒng)運(yùn)行遙感勘測、飛行控制、目標(biāo)采集、監(jiān)控、武器部署以及通信等多個應(yīng)用。當(dāng)前的 UAV 采用模塊化有效負(fù)載方法，可根據(jù)任務(wù)需要快速添加功能。新一代 UAV 則將實現(xiàn)無需修改有效負(fù)載就能轉(zhuǎn)移部署的功能。這種要求需要在 UAV 有效負(fù)載中添加更多功能，并降低 SWaP。

　　今天的 UAV 正在部署通信及計算子系統(tǒng)。新一代 UAV 應(yīng)在統(tǒng)一計算架構(gòu)或電路板上集成大量子系統(tǒng)。新一代 UAV 的設(shè)計可通過多內(nèi)核及多處理器器件上支持的系統(tǒng)集成獲益。多內(nèi)核與多處理器提供的高處理性能與低功耗可充分滿足電源受限系統(tǒng)的需求。這些電源受限設(shè)計更加注重多內(nèi)核及多處理器支持的單位功耗 GFLOP 或 MIPS 性能，而不是單純的器件原始性能。目前 COTS 多內(nèi)核或多處理器所支持的單位功耗 GFLOP 或 MISP 可充分滿足軍事系統(tǒng)的需求。

　　此外，UAV 最終用戶還需要更多的自主控制功能，也就是對從板載視頻、雷達(dá)、紅外攝像機(jī)以及傳感器向基地回傳情報的更高能力的更高需求。UAV 所采集情報的回傳是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)?；貍髦粱氐逆溌穾捠怯邢薜模@就是說 UAV 自身必須進(jìn)行大部分傳感器、雷達(dá)及視頻捕獲信息的處理。例如，視頻系統(tǒng)應(yīng)只捕獲關(guān)注區(qū)域的內(nèi)容，把無用的其它影像刪掉。視頻捕獲后，信息應(yīng)通過高質(zhì)量編解碼器傳輸，其可盡可能保持影像質(zhì)量并最小化帶寬使用。多內(nèi)核或多處理器實施可為多個傳感器和天線提供統(tǒng)一處理電路板的優(yōu)勢。與此同時，它還可減少 UAV 中電子板的數(shù)量。此類系統(tǒng)集成帶來的這些多內(nèi)核及多處理器 SoC 的使用可為其它無人武器系統(tǒng)的開發(fā)提供幫助。多內(nèi)核或多處理器系統(tǒng)的高靈活性可實現(xiàn)在不同飛行器中部署相同基礎(chǔ)硬件平臺的應(yīng)用。

　　除了雷達(dá)、傳感器系統(tǒng)以及 UAV 之外，單兵攜帶軍事裝備與手持系統(tǒng)也能受益于多內(nèi)核或多處理器的系統(tǒng)集成。就便攜式單兵軍事手持設(shè)備而言，SWaP 至關(guān)重要。這種系統(tǒng)必須做到小型、輕量，才便于士兵隨身背負(fù)。系統(tǒng)功耗必須足夠低，才能使用電池工作 6 至 12 小時。單兵攜帶軍事裝備的軟件定義無線電 (SDR) 也能受益于多內(nèi)核集成。SDR 的一種實施方案是使用通用處理器 (GPP) 配合 DSP。SDR 可使用 SoC 減小整體系統(tǒng)尺寸與功耗。另一個實例就是 SDR 使用多個 DSP 支持多個復(fù)雜的軍用波形。

　　新一代以網(wǎng)絡(luò)中心的系統(tǒng)對嵌入式計算領(lǐng)域提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。當(dāng)前的多內(nèi)核 SoC 及多處理器可幫助設(shè)計人員應(yīng)對新一代軍事系統(tǒng)的處理功能、通信帶寬、SWaP 以及無線通信需求。這些功能可確保所有士兵都能接收和使用更高分辨率、更高精度的信息，而前所未有的更快訪問時間可幫助他們在充分了解情況的基礎(chǔ)上更快做出符合當(dāng)前及可預(yù)見未來需要的決策。

　　關(guān)于作者

　　Hector Rivera 現(xiàn)任德州儀器 (TI) 通信基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品部任務(wù)關(guān)鍵型市場營銷經(jīng)理，主要負(fù)責(zé) TI 任務(wù)關(guān)鍵型客戶開發(fā)與支持，以及多內(nèi)核 DSP 戰(zhàn)略支持。

　　在擔(dān)任關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用市場營銷經(jīng)理之前，他曾任 TI HiRel 產(chǎn)品部應(yīng)用經(jīng)理，隨后轉(zhuǎn)任業(yè)務(wù)開發(fā)職位，制定嵌入式處理器應(yīng)用戰(zhàn)略及規(guī)劃。在此期間，Rivera 的職務(wù)是確保 TI 產(chǎn)品支持航空與軍事應(yīng)用，包括軟件定義無線電、傳感器以及智能武器彈藥等。

　　Rivera 于 2002 年加入 TI，任半導(dǎo)體產(chǎn)品部分類經(jīng)理。作為分類經(jīng)理，他負(fù)責(zé)根據(jù)出口管理法規(guī)加強(qiáng) TI 產(chǎn)品、軟件及技術(shù)分類的工作。在此期間，他制定了快速全面的產(chǎn)品技術(shù)控制響應(yīng)流程，確保 TI 運(yùn)營符合監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求。

　　Rivera 在軍事及政府領(lǐng)域擁有長達(dá) 21 年的豐富經(jīng)驗。他曾就讀于喬治梅森大學(xué) (George Mason University) 與波多黎各大學(xué) (University of Puerto Rico)，分別獲 MSEE 與 BSEE。