無人機(jī)采用PC/104、COM Express和其他小型產(chǎn)品

無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）的尺寸不斷縮小，其有效載荷也是如此，要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員利用PC/104、COM Express等小型嵌入式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

軍用 UAS 有效載荷、地面控制站、航空電子設(shè)備、偵察 （ISR） 應(yīng)用和其他軍用電子系統(tǒng)的尺寸、重量和功耗 （SWaP） 要求降低，迫使設(shè)計(jì)人員利用 COM Express、SMARC 和 PC/104 標(biāo)準(zhǔn)等小尺寸設(shè)計(jì)。

雖然PC/104已經(jīng)存在了幾十年，但它從未如此健康。它的主要優(yōu)點(diǎn) - 堅(jiān)固性，緊湊的尺寸和模塊化 - 在軍事電子市場(chǎng)，特別是在無人系統(tǒng)中從未如此受歡迎。

“由于其低SWAP特性和可負(fù)擔(dān)性，基于嵌入式PC/104和計(jì)算機(jī)模塊（COM）技術(shù)的系統(tǒng)通常在眾多軍事和民用應(yīng)用中找到歸宿，包括ISR/戰(zhàn)斗角色的MALE和HALE UAS平臺(tái)，攻擊/實(shí)用/貨運(yùn)直升機(jī)，各種固定翼貨運(yùn)/戰(zhàn)斗機(jī)/ ISR飛機(jī)，以及許多戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)斗地面車輛， 以及導(dǎo)彈防御平臺(tái)和艦載應(yīng)用，“Curtiss-Wright Defense Solutions產(chǎn)品營銷主管Mike Southworth說。“隨著載人和無人平臺(tái)上的電子有效載荷希望增加新的技術(shù)能力 - 例如高速網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)，ISR傳感器/視頻處理和/或航空電子數(shù)據(jù)總線接口 - 較小的系統(tǒng)架構(gòu)，如PC / 104和COM模塊已經(jīng)受到［我們的］客戶的好評(píng)。

不僅是SWaP，嚴(yán)格的加固和極端環(huán)境要求也可能使用戶無法選擇PC/104產(chǎn)品。

“PC/104在市場(chǎng)上有著悠久的歷史，應(yīng)用清單很重要，該技術(shù)非常適合任何堅(jiān)固的商業(yè)、工業(yè)或軍事應(yīng)用，”安大略省圭爾夫Connect Tech銷售副總裁Michele Kasza說?！癙C/104 非常適合有人或無人駕駛的車輛解決方案，例如在工業(yè)環(huán)境中，不受調(diào)節(jié)的電源以及污垢和灰塵都是一個(gè)問題;還有極端溫度、雨水、濕度和鹽分可能成為因素的戶外應(yīng)用。PC/104 通常生活在用戶可能沒有意識(shí)到 PC/104 是驅(qū)動(dòng)其應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)的環(huán)境中。打開許多小尺寸、堅(jiān)固耐用的系統(tǒng)解決方案，您會(huì)發(fā)現(xiàn) PC/104 是最好的;通常，多供應(yīng)商堆棧經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)最終的互操作性。

PC/104 繼續(xù)存在

“我相信，就PC/104而言，［軍事用戶］正在尋求使用他們已經(jīng)看到多年成功的成熟平臺(tái)，”Kasza說?！斑@些客戶可能也更愿意留在已知的占地面積上，因?yàn)閺?a target="_blank">機(jī)械角度來看，這可能會(huì)減少他們的設(shè)計(jì)工作。也就是說，我們?cè)贑onnect Tech看到我們的軍事客戶希望將過去的PC/104的堅(jiān)固和緊湊功能與最新技術(shù)相結(jié)合。

“這就是PCIe/104（PC/104的PCI Express版本）發(fā)揮作用的地方，提供配備最新一代低功耗Intel Atom ［處理器］的單板計(jì)算機(jī)（SBC），以及高性能Intel Core i7選項(xiàng)，”Kasza繼續(xù)說道?！皩⑵渑c高端 GPU 解決方案（如 NVIDIA GTX950M 和高端口密度托管運(yùn)營商以太網(wǎng)交換機(jī)或 10G 以太網(wǎng)控制器）堆疊在一起，突然之間，舊技術(shù)現(xiàn)在處于領(lǐng)先地位?！盋onnect Tech 提供 Xtreme/GbE 24 端口托管運(yùn)營商以太網(wǎng)交換機(jī)解決方案，以滿足軍用小型要求。端口可通過可直接配接到 XDG024/25 的分支板/載體或與高密度高速 Twinax 電纜配接來訪問。XDG025 專為獨(dú)立應(yīng)用而設(shè)計(jì)，所有熱提取都在一層上，連接器/電纜在另一層，而 XDG024 旨在直接堆疊到 PCIe/104 堆棧中。（請(qǐng)參閱圖 1。

圖1：Connect Tech 的 XDG024 旨在直接堆疊到 PCIe/104 堆棧中，用于小型嵌入式計(jì)算應(yīng)用。

可靠性和一致性確保了在通常具有不同級(jí)別要求的軍事應(yīng)用中對(duì)PC/104標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)支持。

“軍事客戶對(duì)PC/104的要求因項(xiàng)目而異，”賓夕法尼亞州州立大學(xué)RTD Embedded Technologies，Inc.總裁兼首席執(zhí)行官Paul A.T. Haris博士說?！暗?，鑒于PC/104架構(gòu)具有廣泛的產(chǎn)品功能和市場(chǎng)上眾多制造商，因此需要PC/104架構(gòu)提供的快速原型設(shè)計(jì)，開發(fā)和正常運(yùn)行時(shí)間。

“此外，用戶需要在板級(jí)需要一個(gè)固有的堅(jiān)固架構(gòu)，這也為未來的可維護(hù)性和可升級(jí)性提供了模塊化，”他繼續(xù)說道?！霸谇度胧绞袌?chǎng)歷史上，很少有標(biāo)準(zhǔn)能夠以如此小的外形提供這些功能。沒有人可以夸耀這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的歷史及其在保持向后兼容性的同時(shí)與時(shí)俱進(jìn)的能力。這使軍事客戶能夠降低總生命周期計(jì)劃成本，并減少對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的需求。這就是為什么您會(huì)發(fā)現(xiàn)許多軍事客戶將PC/104架構(gòu)作為各種極端環(huán)境中大量軍事應(yīng)用的首選架構(gòu)。

軍事用戶“越來越多地尋求小型嵌入式技術(shù)，以減小其部署的線路可更換單元（LRU）的尺寸，重量和功率，并減少或消除NRE費(fèi)用和開發(fā)計(jì)劃，”Southworth說。“與此同時(shí)，［他們］正在尋求提高多核處理器和圖形性能，以及基于模塊化開放標(biāo)準(zhǔn)PCI-Express的架構(gòu)（如PCIe104以及COM Express，SMARC和Mini-PCIe）的I / O可擴(kuò)展性。

減少 SWaP

如今，每個(gè)國防應(yīng)用都希望在系統(tǒng)升級(jí)中提高 5 到 10 倍的性能，但他們希望其占用空間與以前的系統(tǒng)相同（如果不是更?。?，并且具有更低的功耗特性。這是PC/104多年來一直在做的事情;它也是COM Express和SMARC等標(biāo)準(zhǔn)的特征。

“甚至在SWaP成為首字母縮略詞之前，PC/104架構(gòu)規(guī)范系列就已經(jīng)滿足了SWaP要求，”Haris說?！蔼?dú)特的可堆疊架構(gòu)，也可以作為真正的SBC架構(gòu)，以及夾層架構(gòu)，多年來一直為軍方提供嵌入式，堅(jiān)固的電路板和系統(tǒng)級(jí)解決方案。憑借其嵌入式可堆疊總線系統(tǒng)和板載 I/O 連接，可以針對(duì)每種應(yīng)用定制外殼尺寸和重量，也可以在標(biāo)準(zhǔn)模塊化外殼中實(shí)現(xiàn)。通過考慮整個(gè)程序生命周期成本因素，PC/104架構(gòu)使用戶能夠快速升級(jí)和維護(hù)其系統(tǒng)，并具有多供應(yīng)商產(chǎn)品的向后兼容性和互操作性，所有這些都基于明確定義和控制的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

正如沒有軍事應(yīng)用是相同的，具有相同的嵌入式計(jì)算要求一樣，沒有一種小型架構(gòu)適合每個(gè)應(yīng)用。

“我們生活在一個(gè)有許多小尺寸選擇的世界，這僅僅意味著一種尺寸并不適合所有人，”Kasza 說。“PC/104 的占地面積僅為 90 mm x 96 mm，擁有堅(jiān)實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)，可輕松將當(dāng)前技術(shù)與多供應(yīng)商支持和互操作性集成。在某些情況下，系統(tǒng)的物理占用空間是客戶最不想改變的，因?yàn)樗麄兛赡茉谝郧皣@PC/104定義的空間內(nèi)工作。從處理器的角度來看，PC/104單板計(jì)算機(jī)可配備低功耗ARM處理器以及從低功耗解決方案到英特爾酷睿i7的x86選項(xiàng)。

“PC/104、COM Express 和 SMARC 等小型 CPU 卡標(biāo)準(zhǔn)提供的物理尺寸只是傳統(tǒng) 3U 或 6U VME/VPX 架構(gòu)的一小部分，”Southworth 說?！斑@在封裝最低SWaP方面提供了明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，COM Express和SMARC具有多種物理封裝選項(xiàng)，包括大約信用卡大小的電路板，可以進(jìn)一步小型化，以滿足苛刻的SWaP要求。對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域，Curtiss-Wright提供了39英寸，1.5磅的堅(jiān)固型任務(wù)處理器Parvus DuraCOR 310，它利用了低功耗SMARC COM CPU卡與Mini-PCIe I / O卡擴(kuò)展插槽的集成，“Southworth說。

其他公司 - 如Diamond Systems和WinSystems - 繼續(xù)提供基于PC / 104的產(chǎn)品，以滿足軍事系統(tǒng)中減少SWaP的需求。

Diamond Systems擁有一系列Jupiter PC/104和PC/104-Plus DC/DC高效、高精度電源模塊。每個(gè)電源由一個(gè) PC/104 外形模塊組成，該模塊具有完整的 DC-DC 穩(wěn)壓器電路、集成散熱解決方案、可拆卸螺釘接線端子塊 I/O 連接和 PC/104 總線連接器。其輸入電壓范圍為 7 至 34 VDC，兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 12 V、24 V 和 28 V 輸入。

WinSystems 的工程師將英特爾 E3800 凌動(dòng)處理器家族用于其 PPM-C407，這是一款無風(fēng)扇低功耗 PC/104 SBC。該解決方案專為惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，并具有焊接RAM，以增加抗沖擊和抗振性，工作溫度范圍為-40°C至+85°C。

展望 PC/104

“人們找到PC/104的應(yīng)用程序數(shù)量非常龐大，”哈里斯說。說任何一個(gè)應(yīng)用程序占主導(dǎo)地位都是誤導(dǎo)性的，并且會(huì)對(duì)PC/104架構(gòu)造成損害：PC/104基于標(biāo)準(zhǔn)的可堆疊和模塊化總線架構(gòu)，大多數(shù)行業(yè)都廣泛接受這些架構(gòu)，然后封裝在標(biāo)準(zhǔn)的小型尺寸上。這些產(chǎn)品的大量功能的使用是無窮無盡的。

“該架構(gòu)為設(shè)計(jì)基于 SWaP 的產(chǎn)品提供了所有構(gòu)建模塊，以實(shí)現(xiàn)整體生命周期計(jì)劃成本降低，”Haris 繼續(xù)說道?！皬暮Ｑ笊钐幍酵馓?，從南極冰蓋到沙漠，這種建筑已經(jīng)得到了證明。您會(huì)發(fā)現(xiàn)PC/104運(yùn)行關(guān)鍵任務(wù)武器系統(tǒng)以及通用監(jiān)控，跟蹤和處理系統(tǒng)。最后，問題不應(yīng)該是經(jīng)常使用PC/104技術(shù)的應(yīng)用程序類型是什么，而是是否有任何應(yīng)用程序沒有使用它。

審核編輯：郭婷