HOST 向嵌入式系统开发人员开放军用金库

帕特里克·曼尼翁，特约编辑

在花里胡哨的外表下隐藏着一段军用嵌入式系统开发的历史，其中充斥着错过最后期限、成本超支和落后的技术。随着硬件开放系统技术 (HOST) 努力背后的所有三个武装部队异常迅速地整合支持，这种情况可能即将改变。

NAVAIR 开放系统硬件工程师 Patrick Collier 表示：“如今，政府想要的系统和趋势变得越来越复杂，将它们投入使用的成本也越来越高。” “因此，除非我们对此采取措施，否则它将崩溃：鉴于政府将承担的成本，我们将无法部署任何类型的复杂系统。” （图 1）。

图 1：美国空军、陆军和海军在一次不同寻常的团结展示中落后于 HOST，以努力降低成本并更快地部署先进系统。（图片来源：FACE财团）

Collier 在最近在新奥尔良举行的嵌入式技术趋势活动中特别针对空军的传感器开放系统架构 (SOSA) 发表了讲话。SOSA 是一项专注于航空电子传感器和外围设备处理的标准化工作，已经在努力降低成本和时间以将新技术引入该领域。它包括五组：

机电：制定连接器和接口规范，以将现有有效载荷连接到平台

业务：从事营销、合同、知识产权和业务发展

企业：致力于 SOSA 的总体架构，以定义从一个应用程序到下一个应用程序的术语和功能

软件：致力于软件可移植性和第三方应用程序编程接口 (API)

硬件：这是 Collier 在 SOSA 中领导的小组，负责定义他所说的将利用 OpenVPX 的下一代系统盒。  

与 SOSA 一起，空军还率先开发了未来机载能力环境 (FACE)，该环境仅专注于软件开发和可移植性，以降低开发成本。SOSA 和 FACE 都是 HOST 的基础。

虽然 Collier 受雇于海军的海军航空系统司令部 (NAVAIR)，但他强调了 HOST 的统一目的，并指出了其早期意图：“为美国军事平台开发嵌入式计算系统提供框架。HOST 为美国政府采购、系统集成商和第三方组件供应商提供了一个开放、可互操作、可升级和可持续的嵌入式系统标准。”

与目前系统的收缩方式相比，HOST 范式将在标准卡和背板的更多层次上具有标准接口和功能（图 2）。

图 2：使用 SOSA 模型，HOST 将应用程序分解为具有标准功能和接口的模块，这些模块将在标准卡上和跨标准背板运行。（图片来源：NAVAIR）

HOST 正在整合 SOSA 的模型，该模型将应用程序的技术分解为可以在不同平台上的其他应用程序中重复使用的构建块。“一年前，陆军、海军和空军决定我们都使用相同的东西并使用相同的标准，因此我们想利用这一点，”科利尔说。在 SOSA 的情况下，用于飞机上的方向舵或其他功能配置文件的传感器应用可能在陆军陆地车辆或海军水面舰艇中具有推论。

打破供应商锁定

除了降低成本、促进重用和缩短部署时间外，Collier 还强调需要打破供应商锁定。“我们希望避免日复一日地回到同一个供应商，”他说。这种打破定制或半定制设计锁的愿望并不罕见。

高级电信计算体系结构 (ATCA) 是一个很好的示例，该标准为类似目的但在通信环境中结合在一起。但是，由于各种原因，该标准工作遇到了麻烦，其中之一是成本。Lanner Electronics, Inc. 电信设备全球业务发展总监 Sven Freudenfeld 表示：“当您根据 [ATCA] 标准构建所有产品时，您的成本点就无法进入市场。”Lanner 采用了混合方法，采用一些 ATCA 功能并开发 HTCA-6000 平台，该平台针对高可靠性电信进行了优化，同时也连接到数据中心。

由于高成本和差异化的需要，Lanner 与 ATCA 的偏差凸显了标准目标过高的问题。标准的另一个影响是解决方案的同质性，这可能是好是坏。虽然 HOST 的意图是打破供应商锁定，但供应商锁定的另一面是为所有来者开启投标。对于军方供应商的安装基础，这不是好消息，因为他们现在与所有新来者处于平等地位。

然而，对于一个正在努力降低成本的美国政府来说，这种情况是理想的。如果 HOST 按计划起飞，军方将有多个开发人员提供类似的硬件和软件，可以在空中、陆地和海上应用。这是通过更具竞争力的投标降低成本的好机会。

对于实际上被排除在军事合同之外的嵌入式技术供应商，他们现在有机会竞标嵌入式系统合同，并竞标他们在 2018 年 6390 亿美元军事预算中的份额。

围绕 OpenVPX 集会

所有三个武装部门的合作程度显然是不同寻常的，这让 VITA 执行董事杰里·吉珀感到惊讶。“我以前从未见过这样的事情，”他说。作为 80 年代和 90 年代初 VMEbus/Multibus 战争的老手，Gipper 也是 Futurebus+ 的幕后推手。然而，FB+ 并没有去任何地方——很大程度上是因为成本，但也因为它太不明确了，Gipper 说。“没有人站出来说，‘好吧，我们想使用千兆以太网；这是我们想要的尺寸和别针，这就是我们要使用的。'”

这种清晰的引脚级别正是 HOST 提供的，在 OpenVPX 上工作，并且它已经定义了连接器引脚。从 Gipper 的角度来看，这部分是它迅速起飞并引起如此多兴趣的部分原因。“在过去的几个月里，我主持的 HOST Webex 电话会议已经从 25 人的许可证变成了需要 200 人的许可证，”他说。

HOST 与其他标准工作的区别在于，由于 VPX 和 OpenVPX 背后的工作，Curtiss-Wright、Abaco Systems 和 Mercury Computer 等公司已经提供了产品。因此，洛克希德马丁公司、诺斯鲁普格鲁曼公司和 CERDEC 已经在构建系统以满足 SOSA 以及很快的 HOST 要求。

用于主机的 OpenVPX

OpenVPX 正在 VITA 65 工作组下开发，目前版本为 65.0 和 65.1。基线 VPX 标准于 2007 年出现，作为超越 VME64 和 VXS 的下一步，在明确需要串行交换结构和更多引脚之后。VPX 支持千兆以太网以及 Infiniband、Serial RapidIO 和 PCI Express。它建立在具有 6U 和 3U 外形尺寸的 VME 之上。2010 年，VPX 紧随其后，OpenVPX 努力为 VPX 提供系统级方法。

OpenVPX 的系统和功能标准化是实现 HOST 长期意图的基本属性。在接下来的 10 到 15 年中，Collier 预计应用程序数据库将会增长，并允许快速识别可以转换为构建块和模块的功能，以最大限度地重用。

与此同时，Abaco Systems 等供应商继续构建当前可用的 OpenVPX 库存。3 月下旬，它发布了基于 OpenVPX 的 SBC367D，这是一款基于 Intel Xeon D-1500 处理器系列的 3U、40-Gigabit-Ethernet (GbE) 卡（图 3）。

图 3：Abaco Systems 的 SBC367D OpenVPX 单板计算机 (SBC) 支持 40 GbE，基于 16 核 Intel Xeon D-1500 处理器。

该板是“任务就绪”的，配备 32 GB 的 DDR4 SDRAM，是 Abaco 面向 PCI Express 的 SBC347D 的以太网替代品。虽然以太网最初因其不确定性而被忽视，但其跨多模块架构的可扩展性和快速提高的性能满足了军事和航空电子应用不断发展的需求。

除了 40-GbE 支持外，SBC367D 还具有一系列安全功能，以支持防篡改和信息保障策略。其中包括具有 Microsemi 的 SmartFusion2 的固有安全 FPGA 解决方案以及对英特尔可信执行技术的支持。

审核编辑 黄昊宇