无人机采用PC/104、COM Express和其他小型产品

无人机系统（UAS）的尺寸不断缩小，其有效载荷也是如此，要求系统设计人员利用PC/104、COM Express等小型嵌入式计算标准。

军用 UAS 有效载荷、地面控制站、航空电子设备、侦察 （ISR） 应用和其他军用电子系统的尺寸、重量和功耗 （SWaP） 要求降低，迫使设计人员利用 COM Express、SMARC 和 PC/104 标准等小尺寸设计。

虽然PC/104已经存在了几十年，但它从未如此健康。它的主要优点 - 坚固性，紧凑的尺寸和模块化 - 在军事电子市场，特别是在无人系统中从未如此受欢迎。

“由于其低SWAP特性和可负担性，基于嵌入式PC/104和计算机模块（COM）技术的系统通常在众多军事和民用应用中找到归宿，包括ISR/战斗角色的MALE和HALE UAS平台，攻击/实用/货运直升机，各种固定翼货运/战斗机/ ISR飞机，以及许多战术和战斗地面车辆， 以及导弹防御平台和舰载应用，“Curtiss-Wright Defense Solutions产品营销主管Mike Southworth说。“随着载人和无人平台上的电子有效载荷希望增加新的技术能力 - 例如高速网络骨干网，ISR传感器/视频处理和/或航空电子数据总线接口 - 较小的系统架构，如PC / 104和COM模块已经受到［我们的］客户的好评。

不仅是SWaP，严格的加固和极端环境要求也可能使用户无法选择PC/104产品。

“PC/104在市场上有着悠久的历史，应用清单很重要，该技术非常适合任何坚固的商业、工业或军事应用，”安大略省圭尔夫Connect Tech销售副总裁Michele Kasza说。“PC/104 非常适合有人或无人驾驶的车辆解决方案，例如在工业环境中，不受调节的电源以及污垢和灰尘都是一个问题;还有极端温度、雨水、湿度和盐分可能成为因素的户外应用。PC/104 通常生活在用户可能没有意识到 PC/104 是驱动其应用程序的体系结构的环境中。打开许多小尺寸、坚固耐用的系统解决方案，您会发现 PC/104 是最好的;通常，多供应商堆栈经过精心设计，可实现最终的互操作性。

PC/104 继续存在

“我相信，就PC/104而言，［军事用户］正在寻求使用他们已经看到多年成功的成熟平台，”Kasza说。“这些客户可能也更愿意留在已知的占地面积上，因为从机械角度来看，这可能会减少他们的设计工作。也就是说，我们在Connect Tech看到我们的军事客户希望将过去的PC/104的坚固和紧凑功能与最新技术相结合。

“这就是PCIe/104（PC/104的PCI Express版本）发挥作用的地方，提供配备最新一代低功耗Intel Atom ［处理器］的单板计算机（SBC），以及高性能Intel Core i7选项，”Kasza继续说道。“将其与高端 GPU 解决方案（如 NVIDIA GTX950M 和高端口密度托管运营商以太网交换机或 10G 以太网控制器）堆叠在一起，突然之间，旧技术现在处于领先地位。”Connect Tech 提供 Xtreme/GbE 24 端口托管运营商以太网交换机解决方案，以满足军用小型要求。端口可通过可直接配接到 XDG024/25 的分支板/载体或与高密度高速 Twinax 电缆配接来访问。XDG025 专为独立应用而设计，所有热提取都在一层上，连接器/电缆在另一层，而 XDG024 旨在直接堆叠到 PCIe/104 堆栈中。（请参阅图 1。

图1：Connect Tech 的 XDG024 旨在直接堆叠到 PCIe/104 堆栈中，用于小型嵌入式计算应用。

可靠性和一致性确保了在通常具有不同级别要求的军事应用中对PC/104标准的持续支持。

“军事客户对PC/104的要求因项目而异，”宾夕法尼亚州州立大学RTD Embedded Technologies，Inc.总裁兼首席执行官Paul A.T. Haris博士说。“但是，鉴于PC/104架构具有广泛的产品功能和市场上众多制造商，因此需要PC/104架构提供的快速原型设计，开发和正常运行时间。

“此外，用户需要在板级需要一个固有的坚固架构，这也为未来的可维护性和可升级性提供了模块化，”他继续说道。“在嵌入式市场历史上，很少有标准能够以如此小的外形提供这些功能。没有人可以夸耀这个标准的历史及其在保持向后兼容性的同时与时俱进的能力。这使军事客户能够降低总生命周期计划成本，并减少对产品转换的需求。这就是为什么您会发现许多军事客户将PC/104架构作为各种极端环境中大量军事应用的首选架构。

军事用户“越来越多地寻求小型嵌入式技术，以减小其部署的线路可更换单元（LRU）的尺寸，重量和功率，并减少或消除NRE费用和开发计划，”Southworth说。“与此同时，［他们］正在寻求提高多核处理器和图形性能，以及基于模块化开放标准PCI-Express的架构（如PCIe104以及COM Express，SMARC和Mini-PCIe）的I / O可扩展性。

减少 SWaP

如今，每个国防应用都希望在系统升级中提高 5 到 10 倍的性能，但他们希望其占用空间与以前的系统相同（如果不是更小），并且具有更低的功耗特性。这是PC/104多年来一直在做的事情;它也是COM Express和SMARC等标准的特征。

“甚至在SWaP成为首字母缩略词之前，PC/104架构规范系列就已经满足了SWaP要求，”Haris说。“独特的可堆叠架构，也可以作为真正的SBC架构，以及夹层架构，多年来一直为军方提供嵌入式，坚固的电路板和系统级解决方案。凭借其嵌入式可堆叠总线系统和板载 I/O 连接，可以针对每种应用定制外壳尺寸和重量，也可以在标准模块化外壳中实现。通过考虑整个程序生命周期成本因素，PC/104架构使用户能够快速升级和维护其系统，并具有多供应商产品的向后兼容性和互操作性，所有这些都基于明确定义和控制的标准和规范。

正如没有军事应用是相同的，具有相同的嵌入式计算要求一样，没有一种小型架构适合每个应用。

“我们生活在一个有许多小尺寸选择的世界，这仅仅意味着一种尺寸并不适合所有人，”Kasza 说。“PC/104 的占地面积仅为 90 mm x 96 mm，拥有坚实的生态系统，可轻松将当前技术与多供应商支持和互操作性集成。在某些情况下，系统的物理占用空间是客户最不想改变的，因为他们可能在以前围绕PC/104定义的空间内工作。从处理器的角度来看，PC/104单板计算机可配备低功耗ARM处理器以及从低功耗解决方案到英特尔酷睿i7的x86选项。

“PC/104、COM Express 和 SMARC 等小型 CPU 卡标准提供的物理尺寸只是传统 3U 或 6U VME/VPX 架构的一小部分，”Southworth 说。“这在封装最低SWaP方面提供了明显的优势。此外，COM Express和SMARC具有多种物理封装选项，包括大约信用卡大小的电路板，可以进一步小型化，以满足苛刻的SWaP要求。对于这个领域，Curtiss-Wright提供了39英寸，1.5磅的坚固型任务处理器Parvus DuraCOR 310，它利用了低功耗SMARC COM CPU卡与Mini-PCIe I / O卡扩展插槽的集成，“Southworth说。

其他公司 - 如Diamond Systems和WinSystems - 继续提供基于PC / 104的产品，以满足军事系统中减少SWaP的需求。

Diamond Systems拥有一系列Jupiter PC/104和PC/104-Plus DC/DC高效、高精度电源模块。每个电源由一个 PC/104 外形模块组成，该模块具有完整的 DC-DC 稳压器电路、集成散热解决方案、可拆卸螺钉接线端子块 I/O 连接和 PC/104 总线连接器。其输入电压范围为 7 至 34 VDC，兼容行业标准的 12 V、24 V 和 28 V 输入。

WinSystems 的工程师将英特尔 E3800 凌动处理器家族用于其 PPM-C407，这是一款无风扇低功耗 PC/104 SBC。该解决方案专为恶劣环境而设计，并具有焊接RAM，以增加抗冲击和抗振性，工作温度范围为-40°C至+85°C。

展望 PC/104

“人们找到PC/104的应用程序数量非常庞大，”哈里斯说。说任何一个应用程序占主导地位都是误导性的，并且会对PC/104架构造成损害：PC/104基于标准的可堆叠和模块化总线架构，大多数行业都广泛接受这些架构，然后封装在标准的小型尺寸上。这些产品的大量功能的使用是无穷无尽的。

“该架构为设计基于 SWaP 的产品提供了所有构建模块，以实现整体生命周期计划成本降低，”Haris 继续说道。“从海洋深处到外太空，从南极冰盖到沙漠，这种建筑已经得到了证明。您会发现PC/104运行关键任务武器系统以及通用监控，跟踪和处理系统。最后，问题不应该是经常使用PC/104技术的应用程序类型是什么，而是是否有任何应用程序没有使用它。

审核编辑：郭婷