開(kāi)放式VPX系統(tǒng)幫助快速交付無(wú)人機(jī)項(xiàng)目

作者：ANNE MASCARIN，GREG ROCCO

如今，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度和效率是競(jìng)爭(zhēng)的武器。在 OpenVPX （VITA 65） 的許多目標(biāo)應(yīng)用中，將可靠、高性能的技術(shù)成功推向市場(chǎng)可以產(chǎn)生非常重大的影響。OpenVPX 明確支持的一個(gè)領(lǐng)域是快速反應(yīng)能力 （QRC） 義務(wù)，其中所需的開(kāi)發(fā)和部署周期顯著縮短，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵程序需求。以下國(guó)防應(yīng)用案例研究說(shuō)明了 OpenVPX 如何滿(mǎn)足這些需求。此示例是實(shí)際體驗(yàn)和預(yù)期典型參與的組合。在可能的情況下，包括 OpenVPX 規(guī)范的節(jié)省時(shí)間和其他好處。

開(kāi)發(fā)爆炸：要求

小型無(wú)人機(jī)需要機(jī)載圖像和信號(hào)處理器來(lái)處理、利用和傳播大量多傳感器數(shù)據(jù)。作為一項(xiàng)技術(shù)更新工作，要求是在10個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和部署處理器以進(jìn)行初始飛行測(cè)試。實(shí)現(xiàn)尺寸、重量和功率 （SWaP） 和 QRC 進(jìn)度要求對(duì)于贏得和執(zhí)行這一合同承諾至關(guān)重要。因此，確定了最初的試飛日期，并在合同中確定了錯(cuò)過(guò)試飛日期的罰款。商業(yè)項(xiàng)目和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)組件被授權(quán)作為縮短上市時(shí)間和減少總擁有成本要求的一種方式;考慮到這些項(xiàng)目和組件，還必須只有多供應(yīng)商的集成開(kāi)發(fā)方法才能滿(mǎn)足緊迫的時(shí)間表。

初步研究成果

需求創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)執(zhí)行了初步分析，以評(píng)估體系結(jié)構(gòu)、SWaP、數(shù)據(jù)流和處理要求的潛在解決方案。都考慮了變頻器、VME64x 和開(kāi)放式虛擬像素。6U VXS和VME64x被拒絕，因?yàn)樗鼈兲?，而且沒(méi)有足夠的高速信號(hào)引腳。（VME64x 沒(méi)有任何。該分析的結(jié)果導(dǎo)致確定3U OpenVPX將提供最佳擬合。

現(xiàn)有的水星維塔無(wú)線(xiàn)電傳輸標(biāo)準(zhǔn)（VITA 49）XMC模塊被集成到水星3U開(kāi)放VPX FPGA處理卡上。水星3U開(kāi)放VPX模塊用于處理。3U OpenVPX SATA 存儲(chǔ)模塊用于非易失性存儲(chǔ)，客戶(hù)提供的定制 XMC 用于連接其他子系統(tǒng)，包括傳感器的狀態(tài)/控制。自定義 XMC 被放置在第三方 3U 開(kāi)放 VPX XMC 載波上。XMC 載波使用 VITA 46.9 映射將 I/O 連接到背板，并使用 PCIe 擴(kuò)展平面連接連接到處理模塊。

由于多供應(yīng)商集成子系統(tǒng)所需的互操作性和 QRC 需求，因此團(tuán)隊(duì)選擇了 OpenVPX 子系統(tǒng)，并在解決方案需求文檔中指定了該子系統(tǒng)。RFP 生成團(tuán)隊(duì)估計(jì)，與類(lèi)似工作相比，RFP 生成過(guò)程所需的時(shí)間減少了 25% 到 50%，因?yàn)?OpenVPX 確保了共同的參考框架和定義的清晰度。RFP 生成時(shí)間也減少了，因?yàn)?OpenVPX 參考框架改進(jìn)并加快了需求創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的通信。

選擇：開(kāi)放式 VPX 模塊等

使用 OpenVPX 系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范作為工具，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)迅速確定 3U 8 有效負(fù)載和 2 交換機(jī)插槽 OpenVPX 風(fēng)冷機(jī)箱適合開(kāi)發(fā)，6 插槽機(jī)箱將用于部署。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是 OpenVPX 規(guī)范中定義的標(biāo)準(zhǔn) 3U 開(kāi)發(fā)拓?fù)渲唬▓D 2）。

圖 2：此處顯示了背板配置文件 BKP3-CEN10-15.2.4-n。從我們的案例研究中描述的規(guī)范中選擇了適當(dāng)?shù)挠行ж?fù)載和開(kāi)關(guān)模塊配置文件。

機(jī)箱拓?fù)浜?a target="_blank">電源定義是從規(guī)格選擇中選擇的，該規(guī)格由表驅(qū)動(dòng)的部件號(hào)明確定義。VITA 46.9映射用于客戶(hù)XMC的載體，并使用用戶(hù)定義的信號(hào)，并在其他一些3U模塊上使用接口，用于傳感器狀態(tài)，傳感器控制和其他子系統(tǒng)的接口。在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這些用戶(hù)定義的信號(hào)通過(guò)后部轉(zhuǎn)換模塊（RTM）和電纜的組合進(jìn)行連接。由于 OpenVPX 規(guī)范將需求調(diào)查限制在少數(shù)明確定義的選擇（其中引腳分配、放置和協(xié)議都明確定義）中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)估計(jì)，與沒(méi)有 OpenVPX 的類(lèi)似工作相比，設(shè)計(jì)工作所需的開(kāi)發(fā)時(shí)間減少了約 50%。

然后定義每個(gè)模塊、背板和機(jī)箱的關(guān)鍵信息，并將其插入到所需第三方元件的必要 RFQ 中。所有詢(xún)價(jià)均引用 VITA 65/OpenVPX 系統(tǒng)規(guī)范作為指導(dǎo)參考文檔。向選定的供應(yīng)商發(fā)出了多個(gè)RFQ，為期30天的退貨周期。

由于所有供應(yīng)商都使用OpenVPX規(guī)范，因此如前所述，可以使用通用的參考框架：識(shí)別最相關(guān)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)信息大大減少了電路板，機(jī)箱和背板供應(yīng)商的響應(yīng)時(shí)間。此外，通過(guò)對(duì)潛在供應(yīng)商數(shù)據(jù)表的初步審查，集成商能夠評(píng)估許多OpenVPX指定的產(chǎn)品是現(xiàn)成的;因此，選擇的模塊和底盤(pán)配置文件來(lái)自供應(yīng)商產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)，幾乎不需要定制工作。因此，在早期，這些 OpenVPX 規(guī)范使能器為實(shí)現(xiàn) QRC 目標(biāo)提供了一條明確的降低風(fēng)險(xiǎn)路徑。請(qǐng)參閱圖 2 作為 OpenVPX 規(guī)范中 3U 背板配置文件的示例。

就緒、設(shè)置、運(yùn)行：集成

因此，在選擇供應(yīng)商僅90天后，最初的OpenVPX背板和第三方供應(yīng)商模塊就被加速到開(kāi)發(fā)設(shè)施，并準(zhǔn)備好進(jìn)行初始集成。［1］在硬件集成和軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，幾個(gè)小的互操作性問(wèn)題很快得到解決，進(jìn)一步的測(cè)試工作繼續(xù)實(shí)現(xiàn)QRC飛行測(cè)試目標(biāo)。

作為集成過(guò)程中可能發(fā)生的典型問(wèn)題的示例，用于從插槽背面與自定義XMC的載體路由某些高速串行對(duì)的電纜存在問(wèn)題。這些高速對(duì)用于連接到另一個(gè)子系統(tǒng)。最初，電纜的布線(xiàn)就像從擴(kuò)展平面而不是從XMC載波連接到高速對(duì)一樣。VITA 46.9 具有高速對(duì)，其布線(xiàn)方式與用于結(jié)構(gòu)連接的方法（如擴(kuò)展平面和數(shù)據(jù)平面端口）不同。團(tuán)隊(duì)中的一位工程師錯(cuò)過(guò)了這種差異，他是這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的新手。幸運(yùn)的是，這個(gè)問(wèn)題很早就被發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)時(shí)它只是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中的電纜，而不是部署系統(tǒng)的定制背板。

根據(jù)集成團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，OpenVPX規(guī)范通過(guò)減少返工周期，最大限度地減少開(kāi)發(fā)和集成組之間的“相互指責(zé)”以及減少互操作性問(wèn)題，從而快速解決了集成沖突，從而將集成時(shí)間縮短了50%。

審核編輯：郭婷