开放式VPX系统帮助快速交付无人机项目

作者：ANNE MASCARIN，GREG ROCCO

如今，在嵌入式系统领域，产品开发速度和效率是竞争的武器。在 OpenVPX （VITA 65） 的许多目标应用中，将可靠、高性能的技术成功推向市场可以产生非常重大的影响。OpenVPX 明确支持的一个领域是快速反应能力 （QRC） 义务，其中所需的开发和部署周期显著缩短，以实现关键程序需求。以下国防应用案例研究说明了 OpenVPX 如何满足这些需求。此示例是实际体验和预期典型参与的组合。在可能的情况下，包括 OpenVPX 规范的节省时间和其他好处。

开发爆炸：要求

小型无人机需要机载图像和信号处理器来处理、利用和传播大量多传感器数据。作为一项技术更新工作，要求是在10个月内设计，实验室测试和部署处理器以进行初始飞行测试。实现尺寸、重量和功率 （SWaP） 和 QRC 进度要求对于赢得和执行这一合同承诺至关重要。因此，确定了最初的试飞日期，并在合同中确定了错过试飞日期的罚款。商业项目和开放标准组件被授权作为缩短上市时间和减少总拥有成本要求的一种方式;考虑到这些项目和组件，还必须只有多供应商的集成开发方法才能满足紧迫的时间表。

初步研究成果

需求创建团队执行了初步分析，以评估体系结构、SWaP、数据流和处理要求的潜在解决方案。都考虑了变频器、VME64x 和开放式虚拟像素。6U VXS和VME64x被拒绝，因为它们太大，而且没有足够的高速信号引脚。（VME64x 没有任何。该分析的结果导致确定3U OpenVPX将提供最佳拟合。

现有的水星维塔无线电传输标准（VITA 49）XMC模块被集成到水星3U开放VPX FPGA处理卡上。水星3U开放VPX模块用于处理。3U OpenVPX SATA 存储模块用于非易失性存储，客户提供的定制 XMC 用于连接其他子系统，包括传感器的状态/控制。自定义 XMC 被放置在第三方 3U 开放 VPX XMC 载波上。XMC 载波使用 VITA 46.9 映射将 I/O 连接到背板，并使用 PCIe 扩展平面连接连接到处理模块。

由于多供应商集成子系统所需的互操作性和 QRC 需求，因此团队选择了 OpenVPX 子系统，并在解决方案需求文档中指定了该子系统。RFP 生成团队估计，与类似工作相比，RFP 生成过程所需的时间减少了 25% 到 50%，因为 OpenVPX 确保了共同的参考框架和定义的清晰度。RFP 生成时间也减少了，因为 OpenVPX 参考框架改进并加快了需求创建团队内部的通信。

选择：开放式 VPX 模块等

使用 OpenVPX 系统架构规范作为工具，系统设计团队迅速确定 3U 8 有效负载和 2 交换机插槽 OpenVPX 风冷机箱适合开发，6 插槽机箱将用于部署。开发系统是 OpenVPX 规范中定义的标准 3U 开发拓扑之一（图 2）。

图 2：此处显示了背板配置文件 BKP3-CEN10-15.2.4-n。从我们的案例研究中描述的规范中选择了适当的有效负载和开关模块配置文件。

机箱拓扑和电源定义是从规格选择中选择的，该规格由表驱动的部件号明确定义。VITA 46.9映射用于客户XMC的载体，并使用用户定义的信号，并在其他一些3U模块上使用接口，用于传感器状态，传感器控制和其他子系统的接口。在开发环境中，这些用户定义的信号通过后部转换模块（RTM）和电缆的组合进行连接。由于 OpenVPX 规范将需求调查限制在少数明确定义的选择（其中引脚分配、放置和协议都明确定义）中，系统设计团队估计，与没有 OpenVPX 的类似工作相比，设计工作所需的开发时间减少了约 50%。

然后定义每个模块、背板和机箱的关键信息，并将其插入到所需第三方元件的必要 RFQ 中。所有询价均引用 VITA 65/OpenVPX 系统规范作为指导参考文档。向选定的供应商发出了多个RFQ，为期30天的退货周期。

由于所有供应商都使用OpenVPX规范，因此如前所述，可以使用通用的参考框架：识别最相关的架构和设计信息大大减少了电路板，机箱和背板供应商的响应时间。此外，通过对潜在供应商数据表的初步审查，集成商能够评估许多OpenVPX指定的产品是现成的;因此，选择的模块和底盘配置文件来自供应商产品的生态系统，几乎不需要定制工作。因此，在早期，这些 OpenVPX 规范使能器为实现 QRC 目标提供了一条明确的降低风险路径。请参阅图 2 作为 OpenVPX 规范中 3U 背板配置文件的示例。

就绪、设置、运行：集成

因此，在选择供应商仅90天后，最初的OpenVPX背板和第三方供应商模块就被加速到开发设施，并准备好进行初始集成。［1］在硬件集成和软件开发过程中，几个小的互操作性问题很快得到解决，进一步的测试工作继续实现QRC飞行测试目标。

作为集成过程中可能发生的典型问题的示例，用于从插槽背面与自定义XMC的载体路由某些高速串行对的电缆存在问题。这些高速对用于连接到另一个子系统。最初，电缆的布线就像从扩展平面而不是从XMC载波连接到高速对一样。VITA 46.9 具有高速对，其布线方式与用于结构连接的方法（如扩展平面和数据平面端口）不同。团队中的一位工程师错过了这种差异，他是这个生态系统的新手。幸运的是，这个问题很早就被发现了，当时它只是开发系统中的电缆，而不是部署系统的定制背板。

根据集成团队的说法，OpenVPX规范通过减少返工周期，最大限度地减少开发和集成组之间的“相互指责”以及减少互操作性问题，从而快速解决了集成冲突，从而将集成时间缩短了50%。

审核编辑：郭婷