使用快速发展的生态系统开发优化的OpenVPX系统

国防计划面临着提供先进的下一代功能并快速交付这些功能的压力。这包括军事通信，导弹防御计划，尤其是ISR计划。用国防部长罗伯特·盖茨的话来说，“我们的传统现代化计划在几年内寻求99%的解决方案。我们所处的战争需要在几个月内解决75%的问题。

盖茨部长正在努力推动更快的项目部署，因为新技术可以给我们的作战人员带来优势。例如，安装在无人机上的先进光电摄像机可以提供叛乱部队占领地区的精细图像。如果这些图像可以与来自SIGINT系统的数据相结合，结果将是正在发生的事情以及正在发生的事情和发生地点的丰富图片。新的ISR计划正在设计中，通过实时组合来自不同类型传感器的数据，向作战人员提供此类有价值的信息。

强大、灵活、可配置的嵌入式计算对于提供这些下一代功能至关重要。新的传感器，包括光电摄像头、SIGINT天线和复杂的雷达，正在产生必须实时处理的大量数据。然后，需要更多的处理来执行复杂的算法，这些算法可以同步和组合来自多个传感器的输出。计算子系统必须提供强大的实时处理，并且还支持灵活的配置，可以处理不同类型的处理和许多I / O协议。

应对这些挑战需要一个由各种处理、I/O 和存储选项支持的嵌入式计算架构。从行业角度来看，这意味着一个强大的生态系统，拥有大量兼容的选择。要应对计算挑战并满足压缩的交付计划，就需要选择该生态系统的组件，将其设计为功能子系统，以可预测的方式进行集成、测试、调试，并最终以可预测的方式进行部署，而不会产生不必要的风险。OpenVPX （VITA 65） 标准满足了这些要求，定义了由强大且不断增长的生态系统支持的嵌入式计算架构。

开放 VPX 生态系统迅速成熟

在2009年和2010年，OpenVPX标准在系统级成熟度和生态系统的广度方面都取得了巨大的进步。首先，OpenVPX 行业工作组是 VITA 成员国防和航空航天主承包商以及嵌入式计算系统供应商的联盟，他们齐聚一堂，共同解决 VPX （VITA 46） 系统级互操作性问题。许多原始的 VPX 子规范（称为“点规范”）都是在没有支持多供应商互操作性的自上而下的系统级方法的情况下开发的（图 1）。因此，使用来自多个供应商的组件进行 VPX 实现的初始尝试很难在系统级别进行集成、互操作和指定。解决了此问题。

图 1：VITA 46.0 和 VITA 46.x 点式规范矩阵

工作组开发的开放VPX规范已发布到VITA中的VITA 65工作组，并于2010年6月将OpenVPX系统规范批准为ANSI / VITA 65.0-2010，将OpenVPX描述为“。..该架构框架定义了多供应商、多模块、集成系统环境的系统级 VPX 互操作性。

OpenVPX 使用平面、管道和轮廓的概念为互操作性提供基于标准的基础。它定义了用于实用程序、管理、控制、数据和扩展的多个平面，以及用于串行通信的各种尺寸的管道。规范中还有几种类型的结构和层次结构配置文件（插槽配置文件、背板配置文件、模块配置文件和开发机箱配置文件）。背板配置文件定义背板拓扑（类型：集中式和分布式交换以及主机/从站）。

通过使用 OpenVPX 扩展 VPX，业界齐心协力，专注于系统级互操作性。早在最终批准之前，参与创建OpenVPX的技术供应商以及许多其他公司就开始设计，开发和交付符合OpenVPX标准的产品，迅速创建了一个不断增长的生态系统。仅部分列表包括：

比特软件信号处理系统 – FPGA 和 DSP 处理模块

并行技术 – 英特尔处理和存储模块以及 XMC 载卡

艾玛·布斯尼克 – 背板/底盘

极限工程解决方案 – 电源架构处理和开发机箱

GE 智能平台 – 电源架构和英特尔处理模块、XMC 载卡、以太网交换机和机箱

控创 – 英特尔处理、GbE 交换机和开发机箱

水星计算机系统 – 实现电源架构的处理模块、英特尔、FPGA 和 GPU 组件、带 A/D 转换的数字接收器、XMC 载卡以及 RapidIO 和以太网交换机

TEK 微系统 – FPGA 处理和模数转换器

跟踪韦尔系统 – 开发机箱和可部署机箱

为开放式 VPX 设计做出决策

然而，尽管有其设计优势和生态系统，OpenVPX并不是即时创建嵌入式计算子系统的神奇灵丹妙药。将 OpenVPX 生态系统中的组件集成到可部署的子系统中，仍然需要涵盖计算技术和应用程序特定需求的专业知识。

首先，存在子系统设计的挑战。仅举一个例子，在OpenVPX标准下工作的设计人员必须决定背板拓扑结构。此决策需要了解系统内通信技术，如交换机结构。该决策还涉及对应用程序数据流的了解。在了解技术和应用的情况下，设计人员可以选择最佳的背板方法。OpenVPX 背板配置文件决定将排除某些组件，而其他组件则仍然可行。

在 OpenVPX 设计中，这种类型的决策在平面、管道和轮廓的上下文中重复多次。它需要技能和经验来创建针对特定应用的最佳性能而优化的子系统设计。该阶段完成后，下一步是选择最佳组件。

组件选择过程

市场上提供了大量深度和多样性的开放VPX技术组件;从这些品种中做出正确的选择是开发应用程序优化设计的关键部分。虽然保持在特定供应商产品线的“舒适区”内通常很诱人，但提供最大价值的唯一方法是仔细评估生态系统中的所有选项。对于每种类型的组件-背板、载卡、电源、处理模块等），有必要将可用组件与所需组件进行比较，并采用“同类最佳”的方法来选择。

性能数字对于此评估非常重要，但SWaP参数、接口兼容性、软件支持、可靠性特征和环境限制也很重要。有效的组件选择需要全面了解应用程序的目标、系统要求和相关限制。与任何复杂的设计活动一样，经验具有很大的好处。水星最近参与了一个子系统设计工作，以说明这一过程。

开放式虚拟现实生态系统 – 无人机案例研究

无人机平台需要图像和信号处理器来处理、利用和传播大量多传感器数据。需要用于多图像处理、图像压缩和取证数据存储的新技术。实现 SWaP 和 QRC 进度要求对于计划的成功也至关重要。我们确定，将子系统设计基于 OpenVPX 是统一多个技术供应商的努力并仍然按计划创建功能强大、可互操作的子系统的最佳方式。

由于所有供应商都使用OpenVPX规范，因此使用了一种通用的“语言”，这大大减少了电路板，机箱和背板供应商的响应时间。夹层卡载体模块、JPEG 压缩模块和新型处理模块均被选中，并成功集成到适当尺寸的背板和机箱组合中。在成功完成初始现场测试后，该计划已进入下一阶段。

开放 VPX 已准备好支持下一代程序

国防部致力于推动更多快速部署先进能力以支持作战人员的计划;这一承诺的一个结果是需要基于基于标准的强大生态系统构建的强大集成嵌入式计算子系统。

OpenVPX标准专注于组件互操作性，为更快，风险更低的复杂新子系统的开发提供了坚实的基础，这些子系统将满足这些需求。使用平面、管道和轮廓的 OpenVPX 概念，系统架构师和设计人员可以定义经过优化以满足一组特定应用要求的技术，并且还具有明确的组件互操作性参数。

超过30家供应商已经生产出符合OpenVPX的组件，创建了一个支持OpenVPX设计的可靠且快速增长的生态系统。生态系统选择包括多种样式的处理模块、夹层载体、存储卡、I/O 接口、交换矩阵交换机、背板和机箱。在开发优化设计后，子系统开发人员必须仔细评估并从这个可用的生态系统中选择最佳的组件。

优化的 OpenVPX 设计和有效的组件选择相结合，为开发人员提供了一个灵活但可重复的流程，用于创建下一代嵌入式解决方案。

审核编辑：郭婷