軍用加固計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)向及其技術(shù)要求
2014/9/12 10:34:03
1、前言
根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，目前的軍用加固計(jì)算機(jī)一般可分為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)和軍用通用加固計(jì)算機(jī)兩大類(lèi)。嵌入式計(jì)算機(jī)主要是指各種彈載計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，這類(lèi)計(jì)算機(jī)一般都沒(méi)有人機(jī)接口界面，或只具備一些簡(jiǎn)單的人機(jī)數(shù)據(jù)交換功能，它們主要是利用預(yù)置的程序（軟件）對(duì)外部輸入信息進(jìn)行計(jì)算加工（控制方程解算、能源管理等）生成對(duì)外部各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)；軍用通用加固計(jì)算機(jī)則是大量應(yīng)用于導(dǎo)彈測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的加固計(jì)算機(jī)，他們一般都具有完善的人機(jī)界面，不僅能夠接收來(lái)自導(dǎo)彈與其他發(fā)射控制裝置的信息，并根據(jù)這些信息生成控制輸出，還可由人工輸入大量的復(fù)雜的測(cè)試、發(fā)射控制命令與數(shù)據(jù)信息，并將導(dǎo)彈及發(fā)射裝置的狀態(tài)數(shù)據(jù)以多種形式顯示存儲(chǔ)。
近十年來(lái)，隨著集成電路、信息工業(yè)的飛速發(fā)展和武器裝備的不斷進(jìn)步，軍用加固計(jì)算機(jī)也取得了很大的發(fā)展，最突出的發(fā)展就是軍用加固計(jì)算機(jī)已經(jīng)開(kāi)始由過(guò)去的專用型向通用型、系列型過(guò)渡。
2、軍用嵌入式計(jì)算機(jī)正在向小型化集成化與國(guó)產(chǎn)化方向發(fā)展
2.1軍用嵌入式計(jì)算機(jī)正在實(shí)現(xiàn)小型化和集成化
由于集成電路工藝水平的提高，集成更多的功能的SoC芯片與超大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（ＣPLD、FPGA）已成為設(shè)計(jì)制造軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的主流芯片。這使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)需要使用的電子元器件數(shù)量可以得到極大的減少，從而使計(jì)算機(jī)的體積重量都大幅度的減少，典型的彈載嵌入式計(jì)算機(jī)的體積已經(jīng)可以縮小到十年前的1/10以下。同時(shí)，軍用高密度電子組裝工藝正在走向成熟，混合集成電路工藝也已開(kāi)始在軍用嵌入 式計(jì)算機(jī)研制中應(yīng)用，這些都使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)可以在更小的空間里安裝更多的電子元器件，從而使體積更小，重量更輕，功能更加強(qiáng)大。
在小型的同時(shí)，由于主要的集成電路芯片正在向SoC過(guò)渡，芯片集成的功能越來(lái)越多，體積上的裕量也使得單個(gè)計(jì)算機(jī)可以集成更多的功能模塊，因此上，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)必然會(huì)也正在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的集成化，采用機(jī)箱內(nèi)的分布處理結(jié)構(gòu)將更多的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以外的功能模塊集成到一起，在一個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)包括GPS、紅外制導(dǎo)等在內(nèi)的所有導(dǎo)航與制導(dǎo)解算。
嵌入式計(jì)算機(jī)的小型化與功能集成化對(duì)提高導(dǎo)彈武器的射擊精度、機(jī)動(dòng)性等性能指標(biāo)有著重要的作用。
2.2軍用嵌入式計(jì)算機(jī)逐步進(jìn)入全國(guó)產(chǎn)化時(shí)代
近二十年來(lái)，我國(guó)軍事工業(yè)取得的成就是有目共睹的，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)有這中間起著至關(guān)重要(W)的作用，是現(xiàn)代導(dǎo)彈武器系統(tǒng)最基礎(chǔ)的核心組成部分。但由于關(guān)鍵芯片受到國(guó)外的制約，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的研究發(fā)展并不是非常理想。近年來(lái)，在多方面的共同努力下，我國(guó)軍作集成電路產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，軍用加固計(jì)算機(jī)需要的一些核心芯片（包括高性能DSP、CPU、A/D、D/A等）已在國(guó)內(nèi)陸續(xù)研制成功，這為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化打下了一定的基礎(chǔ)。
盡管目前已國(guó)產(chǎn)化的軍用集成電路絕大多數(shù)是版圖級(jí)的仿制產(chǎn)品，且多是國(guó)外淘汰產(chǎn)品，也沒(méi)有形成完整的體系，還不能完全正確滿足軍用嵌入式計(jì)算機(jī)今后發(fā)展的要求。但是，我們必須看到，在這個(gè)國(guó)產(chǎn)化的大潮中涌現(xiàn)出來(lái)的諸如龍芯Ⅱ、SPARC V8等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能CPU及其他集成電路產(chǎn)品，它們表明我們國(guó)家已初步具備了完成軍用嵌入式計(jì)算機(jī)核心部件國(guó)產(chǎn)化的研制能力，假以時(shí)日，我們的軍用嵌入式計(jì)算機(jī)一定會(huì)全面進(jìn)入國(guó)產(chǎn)化時(shí)代。
2.3分布式處理與數(shù)字一體化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)
隨著導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中嵌入式計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和小型化技術(shù)的成熟，在各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)及數(shù)據(jù)采集獲取裝置中嵌入式計(jì)算機(jī)智能處理與數(shù)字化已成為可能。當(dāng)高速可靠互連總線不再成為障礙時(shí)，在武器系統(tǒng)中采用分布式處理結(jié)構(gòu)，將嵌入式計(jì)算機(jī)與控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)將是導(dǎo)彈武器發(fā)展的重要趨勢(shì)。這樣，將可以傳統(tǒng)的導(dǎo)彈武器中大量傳送的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的數(shù)字信號(hào)通過(guò)簡(jiǎn)單可靠的總線進(jìn)行傳送，從而大大提高導(dǎo)彈武器中電子系統(tǒng)的抗干擾能力，最終提高武器系統(tǒng)的可靠性。
2.4通用性與可配置性武器系統(tǒng)快速研制的必然要求
現(xiàn)代武器系統(tǒng)的發(fā)展之迅速是以往任何時(shí)代都不可比擬的。為了加快武器系統(tǒng)的研制過(guò)程，降低研制成本，就要求最好能夠利用成熟的原型機(jī)器通過(guò)適當(dāng)?shù)呐渲眯纬蓾M足武器系統(tǒng)應(yīng)用要求的嵌入式計(jì)算機(jī)，以便從武器系統(tǒng)研制最初期就可以在最終的機(jī)器上進(jìn)行，減少因嵌入式計(jì)算機(jī)反復(fù)設(shè)計(jì)造成的周期延誤，從而達(dá)到加快研制過(guò)程，降低研制成本的目標(biāo)。
軍用嵌入式計(jì)算機(jī)在實(shí)現(xiàn)小型化以后，可以完成更多的功能，同時(shí)分布式處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又可以使得嵌入式計(jì)算機(jī)更加模塊化和功能相對(duì)完整化。這些都為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)走向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化提供了重要的技術(shù)保證。小型化與功能集成化技術(shù)使得嵌入式計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的通用功能，結(jié)合超大規(guī)模可編程邏輯器件的應(yīng)用，未來(lái)的軍用嵌入式計(jì)算機(jī)將具有很強(qiáng)的可配置能力，使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)柔性（通用可配置）制造。
2.5軍用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)要求的變化
由于技術(shù)上的進(jìn)步，與過(guò)去相比，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用要求也會(huì)發(fā)生一些相應(yīng)的變化，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）外部通信總線將增加標(biāo)準(zhǔn)的高速高可靠串行總線，而不再局限于傳統(tǒng)的RS232/422，這主要是為了滿足武器控制系統(tǒng)各分布式功能模塊間的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的要求。短期內(nèi)，大多武器系統(tǒng)將首先采用1553B或其變種總線協(xié)議；
（2）可靠性要求將更高，隨著電子元器件數(shù)量的減少和系統(tǒng)間模擬信號(hào)傳送量的逐步消除，武器控制系統(tǒng)的可靠性將會(huì)有一個(gè)很大的提高，相應(yīng)地對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)的可靠性指標(biāo)要求也會(huì)有數(shù)量級(jí)的提高；
（3）處理能和的要求也會(huì)有很大的提高，可以預(yù)計(jì)未來(lái)的彈載計(jì)算機(jī)的處理能力要求將會(huì)突破5000MIPS，內(nèi)部存儲(chǔ)器容量將超過(guò)64MB（甚至更大），對(duì)外信號(hào)采集通道可能會(huì)超過(guò)256通道；
（4）國(guó)產(chǎn)化程度與可制造性將會(huì)與可維修性一樣成為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
3、軍用通用加固計(jì)算機(jī)正在向可信型和網(wǎng)絡(luò)型演化發(fā)展
3.1可信計(jì)算正在成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的追求目標(biāo)
傳統(tǒng)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)主要從抗惡劣環(huán)境的應(yīng)用要求出發(fā)，主要追求環(huán)境適應(yīng)性與傳統(tǒng)意義上的可靠性。這種可靠性的提高只是降低了設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，并不能保證加固計(jì)算機(jī)不出現(xiàn)故障。由于導(dǎo)彈武器應(yīng)用的特殊性，其發(fā)射控制系統(tǒng)就不僅要保證很高的可靠性，還要保證很高的可信性，也就是說(shuō)不僅要保證系統(tǒng)的可用性，還要保證系統(tǒng)工作狀態(tài)的可信賴性，只有這樣才能保證導(dǎo)彈測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)在作戰(zhàn)與訓(xùn)練過(guò)程中不會(huì)由于系統(tǒng)的故障出現(xiàn)錯(cuò)誤的控制輸出。因此，在故障狀態(tài)下如何保證軍用加固計(jì)算機(jī)還能夠安全地對(duì)輸入/輸出信息進(jìn)行處理，這是在可靠性技術(shù)基本成熟之后，導(dǎo)彈武器測(cè)發(fā)控通用加固計(jì)算機(jī)在未來(lái)需要重點(diǎn)研究的一個(gè)主要方向。
3.2COTS技術(shù)在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中應(yīng)用更加廣泛
隨著集成電路等基礎(chǔ)工業(yè)的迅速發(fā)展，很多商用電子設(shè)備的性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了軍用電子系統(tǒng)的性能，尤其是在通用計(jì)算機(jī)方面，以個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）為代表的商用計(jì)算機(jī)已開(kāi)始成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)發(fā)展的基本原型，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，軍用通用加固計(jì)算機(jī)目前都是以PC為原型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的。同時(shí)，目前的絕大多數(shù)商用計(jì)算機(jī)部件（主機(jī)芯片、部分外設(shè)）都進(jìn)行了必要的可靠性加固，都能夠初步滿足地面軍用環(huán)境在溫度、機(jī)械應(yīng)力方面的要求，只是在可靠性篩選及一些其他特殊要求（耐電磁干擾、化學(xué)防護(hù)等）方面與軍和加固計(jì)算機(jī)有一些差距。另一方面，由于應(yīng)用范圍的限制，傳統(tǒng)的軍用集成電路及其他軍用加固計(jì)算機(jī)部件的供應(yīng)也在不斷地萎縮。因此，在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中通過(guò)必要的可靠性保證措施，大量應(yīng)用COTS（商用成熟的）部件與技術(shù)已成為軍用加固計(jì)算機(jī)研制必須面對(duì)的一個(gè)重要課題。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)將主要以COTS部件（元件）為基礎(chǔ)通過(guò)部件級(jí)或整機(jī)的二次加固來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.3良好的網(wǎng)絡(luò)支持成為通用加固計(jì)算機(jī)的基本要求
傳統(tǒng)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)主要是通過(guò)RS232/422通信接口實(shí)現(xiàn)與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。隨著軍用加固計(jì)算機(jī)性能的提高和武器系統(tǒng)的飛速發(fā)展，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間交換的信息量也在急劇增加，傳統(tǒng)的通信方式無(wú)論在數(shù)據(jù)量還是實(shí)時(shí)性方面都已不能滿足武器各測(cè)發(fā)控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的要求。目前已有一些武器型號(hào)的測(cè)發(fā)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始采用高速以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。今后一段時(shí)期內(nèi)，高速以太網(wǎng)將會(huì)迅速代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信(RS232/422)機(jī)制成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要通信方式，RS232/422將只是為了與傳統(tǒng)設(shè)備兼容而保留的作為一種輔助通信手段。
3.4電子盤(pán)將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤(pán)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置
硬盤(pán)在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中一直是一個(gè)可靠性薄弱的環(huán)節(jié)，是軍用加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造中需要進(jìn)行特別處理的一個(gè)外設(shè)，其力學(xué)環(huán)境適應(yīng)能力與低溫啟動(dòng)都存在著嚴(yán)重與軍用加固計(jì)算機(jī)應(yīng)用要求不兼容的問(wèn)題，但它作為大容量的數(shù)據(jù)與程序存儲(chǔ)部件又是軍用通用加固計(jì)算機(jī)中不可或缺的一個(gè)重要的組件。
近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路工藝的迅猛發(fā)展，固態(tài)非易失存儲(chǔ)器的容量正在急劇增加，8GB的FLASH存儲(chǔ)器已開(kāi)始大量供貨，利用FLASLL存儲(chǔ)器構(gòu)成超大容量（80GB）的電子盤(pán)，在軍用加固計(jì)算中替代硬盤(pán)已經(jīng)指日可待。采用電子盤(pán)替代硬盤(pán)，不僅可以非常方便地解決前述的可靠性問(wèn)題，同時(shí)還可以極大地提高海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的訪問(wèn)速度，對(duì)提高軍用通用加固計(jì)算機(jī)有著很好的積極作用。
3.5嵌主式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最終成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的主流操作系統(tǒng)
軍用通用加固計(jì)算機(jī)目前主要是采用PC結(jié)構(gòu)，包括測(cè)發(fā)控軟件在內(nèi)的絕大多數(shù)應(yīng)用軟件多在WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，WINDOWS一類(lèi)的操作系統(tǒng)是面向商業(yè)應(yīng)用的通用型操作系統(tǒng)，有著大量的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及支持工具，具備良好的人機(jī)界面，圖形化能力非常強(qiáng)大，為各種軍用應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)提供了極大的方便。但是，它們畢竟是為商業(yè)應(yīng)用目的開(kāi)發(fā)的，魯棒性（robustness,也可理解為健壯性）穩(wěn)定性都存在一些問(wèn)題，因此藍(lán)屏、死機(jī)是這類(lèi)操作系統(tǒng)在兼容性方面的固有問(wèn)題，也是多年來(lái)一直困擾軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一個(gè)突出問(wèn)題。同時(shí)，這類(lèi)操作系統(tǒng)為了兼容更多的PC制造商和更多的用戶，它一般都集成了大量冗余的軟件代碼，對(duì)具體應(yīng)用和特定計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，這些冗余的軟件代碼無(wú)疑都是軟件拉圾，甚至在一些特定的條件下可能還會(huì)觸發(fā)一些莫明其妙的錯(cuò)誤。由于這類(lèi)操作系統(tǒng)功能極度復(fù)雜、代碼量極大，在出現(xiàn)問(wèn)題后，用戶一般是沒(méi)有任何有效的分析與解決手段的。
另外，WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)雖然支持多任務(wù)調(diào)度，但它絕不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)一些突發(fā)的異常事件的處理能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這點(diǎn)對(duì)于導(dǎo)彈武器的控制系統(tǒng)（尤其是發(fā)射控制系統(tǒng)）的應(yīng)用是非常不利的。
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在上述各項(xiàng)問(wèn)題上具有WINDOWS及其他桌面操作系統(tǒng)（如MNUX）不可比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，其代碼量較小，且多數(shù)可以提供源代碼，在出現(xiàn)應(yīng)用問(wèn)題后，應(yīng)用軟件研制方與計(jì)算機(jī)制造方可以較為方便的進(jìn)行深入分析；其次，由于更新?lián)Q代周期較長(zhǎng)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性要明顯好于各種桌面操作系統(tǒng)；第三，這類(lèi)操作系統(tǒng)對(duì)突發(fā)異常事件的反應(yīng)時(shí)間都非常短，可以最大程度的滿足武器系統(tǒng)對(duì)異常情況或故障情況進(jìn)行快速處理的要求。
正是由于以上這些原因，在一段時(shí)期的對(duì)比選擇之后，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最終將會(huì)成為導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)中軍用通用加固計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)平臺(tái)，WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)只能作為文檔處理應(yīng)用類(lèi)計(jì)算機(jī)或單元測(cè)試類(lèi)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)平臺(tái)。
3.6軍用通用加固計(jì)算機(jī)技術(shù)要求的變化
根據(jù)以上預(yù)測(cè)的發(fā)展動(dòng)向和計(jì)算機(jī)技術(shù)自身的發(fā)展，軍用通用加固計(jì)算機(jī)的技術(shù)要求與目前相比將會(huì)發(fā)生以下變化：
（1）盡管目前還沒(méi)一個(gè)有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可信性仍將會(huì)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)重要的技術(shù)要求；
（2）嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)成為測(cè)發(fā)控計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置；
（3）電子盤(pán)將替代硬盤(pán)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)配置，存儲(chǔ)容量將達(dá)到40GB以上；
（4）100Mbps以上的網(wǎng)絡(luò)接口將成為軍用通用計(jì)算機(jī)的基本要求；
（5）1553B或其他IMbps上高速高可靠串行通信總線也會(huì)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一次常見(jiàn)的技術(shù)要求；
（6）隨著嵌入式計(jì)算機(jī)模塊的廣泛應(yīng)用，通用加固計(jì)算機(jī)直接外部信號(hào)采集口將會(huì)減少；
（7）未來(lái)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)將會(huì)是一個(gè)機(jī)箱內(nèi)分布式處理系統(tǒng)，內(nèi)部采用CompactPCL總線，外部采用1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口，基于軟件框圖進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器。
4、結(jié)論
沒(méi)有先進(jìn)的測(cè)試和控制技術(shù)就沒(méi)有先進(jìn)的航天事業(yè)，軍用加固計(jì)算機(jī)隨著航天事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，當(dāng)今導(dǎo)彈武器的發(fā)展也給軍用加固計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了機(jī)遇，同時(shí)提出了更加嚴(yán)格的要求。國(guó)產(chǎn)化和可擴(kuò)展性是軍用加固計(jì)算機(jī)的總要求，也是發(fā)展的前提條件，可靠性、維修性、保障性是軍用加固計(jì)算機(jī)必須具備的技術(shù)性能指標(biāo)。軍用加固計(jì)算機(jī)的應(yīng)用單位，主要是型號(hào)總體和分系統(tǒng)，應(yīng)該為軍用加固計(jì)算機(jī)的國(guó)產(chǎn)化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化提出有力的技術(shù)支持和需求牽引。
掃一掃，關(guān)注恒研科技微信吧！
根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，目前的軍用加固計(jì)算機(jī)一般可分為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)和軍用通用加固計(jì)算機(jī)兩大類(lèi)。嵌入式計(jì)算機(jī)主要是指各種彈載計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，這類(lèi)計(jì)算機(jī)一般都沒(méi)有人機(jī)接口界面，或只具備一些簡(jiǎn)單的人機(jī)數(shù)據(jù)交換功能，它們主要是利用預(yù)置的程序（軟件）對(duì)外部輸入信息進(jìn)行計(jì)算加工（控制方程解算、能源管理等）生成對(duì)外部各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)；軍用通用加固計(jì)算機(jī)則是大量應(yīng)用于導(dǎo)彈測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的加固計(jì)算機(jī)，他們一般都具有完善的人機(jī)界面，不僅能夠接收來(lái)自導(dǎo)彈與其他發(fā)射控制裝置的信息，并根據(jù)這些信息生成控制輸出，還可由人工輸入大量的復(fù)雜的測(cè)試、發(fā)射控制命令與數(shù)據(jù)信息，并將導(dǎo)彈及發(fā)射裝置的狀態(tài)數(shù)據(jù)以多種形式顯示存儲(chǔ)。
近十年來(lái)，隨著集成電路、信息工業(yè)的飛速發(fā)展和武器裝備的不斷進(jìn)步，軍用加固計(jì)算機(jī)也取得了很大的發(fā)展，最突出的發(fā)展就是軍用加固計(jì)算機(jī)已經(jīng)開(kāi)始由過(guò)去的專用型向通用型、系列型過(guò)渡。
2、軍用嵌入式計(jì)算機(jī)正在向小型化集成化與國(guó)產(chǎn)化方向發(fā)展
2.1軍用嵌入式計(jì)算機(jī)正在實(shí)現(xiàn)小型化和集成化
由于集成電路工藝水平的提高，集成更多的功能的SoC芯片與超大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（ＣPLD、FPGA）已成為設(shè)計(jì)制造軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的主流芯片。這使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)需要使用的電子元器件數(shù)量可以得到極大的減少，從而使計(jì)算機(jī)的體積重量都大幅度的減少，典型的彈載嵌入式計(jì)算機(jī)的體積已經(jīng)可以縮小到十年前的1/10以下。同時(shí)，軍用高密度電子組裝工藝正在走向成熟，混合集成電路工藝也已開(kāi)始在軍用嵌入 式計(jì)算機(jī)研制中應(yīng)用，這些都使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)可以在更小的空間里安裝更多的電子元器件，從而使體積更小，重量更輕，功能更加強(qiáng)大。
在小型的同時(shí)，由于主要的集成電路芯片正在向SoC過(guò)渡，芯片集成的功能越來(lái)越多，體積上的裕量也使得單個(gè)計(jì)算機(jī)可以集成更多的功能模塊，因此上，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)必然會(huì)也正在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的集成化，采用機(jī)箱內(nèi)的分布處理結(jié)構(gòu)將更多的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以外的功能模塊集成到一起，在一個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)包括GPS、紅外制導(dǎo)等在內(nèi)的所有導(dǎo)航與制導(dǎo)解算。
嵌入式計(jì)算機(jī)的小型化與功能集成化對(duì)提高導(dǎo)彈武器的射擊精度、機(jī)動(dòng)性等性能指標(biāo)有著重要的作用。
2.2軍用嵌入式計(jì)算機(jī)逐步進(jìn)入全國(guó)產(chǎn)化時(shí)代
近二十年來(lái)，我國(guó)軍事工業(yè)取得的成就是有目共睹的，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)有這中間起著至關(guān)重要(W)的作用，是現(xiàn)代導(dǎo)彈武器系統(tǒng)最基礎(chǔ)的核心組成部分。但由于關(guān)鍵芯片受到國(guó)外的制約，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的研究發(fā)展并不是非常理想。近年來(lái)，在多方面的共同努力下，我國(guó)軍作集成電路產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，軍用加固計(jì)算機(jī)需要的一些核心芯片（包括高性能DSP、CPU、A/D、D/A等）已在國(guó)內(nèi)陸續(xù)研制成功，這為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化打下了一定的基礎(chǔ)。
盡管目前已國(guó)產(chǎn)化的軍用集成電路絕大多數(shù)是版圖級(jí)的仿制產(chǎn)品，且多是國(guó)外淘汰產(chǎn)品，也沒(méi)有形成完整的體系，還不能完全正確滿足軍用嵌入式計(jì)算機(jī)今后發(fā)展的要求。但是，我們必須看到，在這個(gè)國(guó)產(chǎn)化的大潮中涌現(xiàn)出來(lái)的諸如龍芯Ⅱ、SPARC V8等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能CPU及其他集成電路產(chǎn)品，它們表明我們國(guó)家已初步具備了完成軍用嵌入式計(jì)算機(jī)核心部件國(guó)產(chǎn)化的研制能力，假以時(shí)日，我們的軍用嵌入式計(jì)算機(jī)一定會(huì)全面進(jìn)入國(guó)產(chǎn)化時(shí)代。
2.3分布式處理與數(shù)字一體化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)
隨著導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中嵌入式計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和小型化技術(shù)的成熟，在各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)及數(shù)據(jù)采集獲取裝置中嵌入式計(jì)算機(jī)智能處理與數(shù)字化已成為可能。當(dāng)高速可靠互連總線不再成為障礙時(shí)，在武器系統(tǒng)中采用分布式處理結(jié)構(gòu)，將嵌入式計(jì)算機(jī)與控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)將是導(dǎo)彈武器發(fā)展的重要趨勢(shì)。這樣，將可以傳統(tǒng)的導(dǎo)彈武器中大量傳送的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的數(shù)字信號(hào)通過(guò)簡(jiǎn)單可靠的總線進(jìn)行傳送，從而大大提高導(dǎo)彈武器中電子系統(tǒng)的抗干擾能力，最終提高武器系統(tǒng)的可靠性。
2.4通用性與可配置性武器系統(tǒng)快速研制的必然要求
現(xiàn)代武器系統(tǒng)的發(fā)展之迅速是以往任何時(shí)代都不可比擬的。為了加快武器系統(tǒng)的研制過(guò)程，降低研制成本，就要求最好能夠利用成熟的原型機(jī)器通過(guò)適當(dāng)?shù)呐渲眯纬蓾M足武器系統(tǒng)應(yīng)用要求的嵌入式計(jì)算機(jī)，以便從武器系統(tǒng)研制最初期就可以在最終的機(jī)器上進(jìn)行，減少因嵌入式計(jì)算機(jī)反復(fù)設(shè)計(jì)造成的周期延誤，從而達(dá)到加快研制過(guò)程，降低研制成本的目標(biāo)。
軍用嵌入式計(jì)算機(jī)在實(shí)現(xiàn)小型化以后，可以完成更多的功能，同時(shí)分布式處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又可以使得嵌入式計(jì)算機(jī)更加模塊化和功能相對(duì)完整化。這些都為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)走向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化提供了重要的技術(shù)保證。小型化與功能集成化技術(shù)使得嵌入式計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的通用功能，結(jié)合超大規(guī)模可編程邏輯器件的應(yīng)用，未來(lái)的軍用嵌入式計(jì)算機(jī)將具有很強(qiáng)的可配置能力，使得軍用嵌入式計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)柔性（通用可配置）制造。
2.5軍用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)要求的變化
由于技術(shù)上的進(jìn)步，與過(guò)去相比，軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用要求也會(huì)發(fā)生一些相應(yīng)的變化，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）外部通信總線將增加標(biāo)準(zhǔn)的高速高可靠串行總線，而不再局限于傳統(tǒng)的RS232/422，這主要是為了滿足武器控制系統(tǒng)各分布式功能模塊間的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的要求。短期內(nèi)，大多武器系統(tǒng)將首先采用1553B或其變種總線協(xié)議；
（2）可靠性要求將更高，隨著電子元器件數(shù)量的減少和系統(tǒng)間模擬信號(hào)傳送量的逐步消除，武器控制系統(tǒng)的可靠性將會(huì)有一個(gè)很大的提高，相應(yīng)地對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)的可靠性指標(biāo)要求也會(huì)有數(shù)量級(jí)的提高；
（3）處理能和的要求也會(huì)有很大的提高，可以預(yù)計(jì)未來(lái)的彈載計(jì)算機(jī)的處理能力要求將會(huì)突破5000MIPS，內(nèi)部存儲(chǔ)器容量將超過(guò)64MB（甚至更大），對(duì)外信號(hào)采集通道可能會(huì)超過(guò)256通道；
（4）國(guó)產(chǎn)化程度與可制造性將會(huì)與可維修性一樣成為軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
3、軍用通用加固計(jì)算機(jī)正在向可信型和網(wǎng)絡(luò)型演化發(fā)展
3.1可信計(jì)算正在成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的追求目標(biāo)
傳統(tǒng)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)主要從抗惡劣環(huán)境的應(yīng)用要求出發(fā)，主要追求環(huán)境適應(yīng)性與傳統(tǒng)意義上的可靠性。這種可靠性的提高只是降低了設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，并不能保證加固計(jì)算機(jī)不出現(xiàn)故障。由于導(dǎo)彈武器應(yīng)用的特殊性，其發(fā)射控制系統(tǒng)就不僅要保證很高的可靠性，還要保證很高的可信性，也就是說(shuō)不僅要保證系統(tǒng)的可用性，還要保證系統(tǒng)工作狀態(tài)的可信賴性，只有這樣才能保證導(dǎo)彈測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)在作戰(zhàn)與訓(xùn)練過(guò)程中不會(huì)由于系統(tǒng)的故障出現(xiàn)錯(cuò)誤的控制輸出。因此，在故障狀態(tài)下如何保證軍用加固計(jì)算機(jī)還能夠安全地對(duì)輸入/輸出信息進(jìn)行處理，這是在可靠性技術(shù)基本成熟之后，導(dǎo)彈武器測(cè)發(fā)控通用加固計(jì)算機(jī)在未來(lái)需要重點(diǎn)研究的一個(gè)主要方向。
3.2COTS技術(shù)在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中應(yīng)用更加廣泛
隨著集成電路等基礎(chǔ)工業(yè)的迅速發(fā)展，很多商用電子設(shè)備的性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了軍用電子系統(tǒng)的性能，尤其是在通用計(jì)算機(jī)方面，以個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）為代表的商用計(jì)算機(jī)已開(kāi)始成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)發(fā)展的基本原型，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，軍用通用加固計(jì)算機(jī)目前都是以PC為原型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的。同時(shí)，目前的絕大多數(shù)商用計(jì)算機(jī)部件（主機(jī)芯片、部分外設(shè)）都進(jìn)行了必要的可靠性加固，都能夠初步滿足地面軍用環(huán)境在溫度、機(jī)械應(yīng)力方面的要求，只是在可靠性篩選及一些其他特殊要求（耐電磁干擾、化學(xué)防護(hù)等）方面與軍和加固計(jì)算機(jī)有一些差距。另一方面，由于應(yīng)用范圍的限制，傳統(tǒng)的軍用集成電路及其他軍用加固計(jì)算機(jī)部件的供應(yīng)也在不斷地萎縮。因此，在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中通過(guò)必要的可靠性保證措施，大量應(yīng)用COTS（商用成熟的）部件與技術(shù)已成為軍用加固計(jì)算機(jī)研制必須面對(duì)的一個(gè)重要課題。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)將主要以COTS部件（元件）為基礎(chǔ)通過(guò)部件級(jí)或整機(jī)的二次加固來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.3良好的網(wǎng)絡(luò)支持成為通用加固計(jì)算機(jī)的基本要求
傳統(tǒng)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)主要是通過(guò)RS232/422通信接口實(shí)現(xiàn)與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。隨著軍用加固計(jì)算機(jī)性能的提高和武器系統(tǒng)的飛速發(fā)展，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間交換的信息量也在急劇增加，傳統(tǒng)的通信方式無(wú)論在數(shù)據(jù)量還是實(shí)時(shí)性方面都已不能滿足武器各測(cè)發(fā)控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的要求。目前已有一些武器型號(hào)的測(cè)發(fā)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始采用高速以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。今后一段時(shí)期內(nèi)，高速以太網(wǎng)將會(huì)迅速代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信(RS232/422)機(jī)制成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要通信方式，RS232/422將只是為了與傳統(tǒng)設(shè)備兼容而保留的作為一種輔助通信手段。
3.4電子盤(pán)將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤(pán)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置
硬盤(pán)在軍用通用加固計(jì)算機(jī)中一直是一個(gè)可靠性薄弱的環(huán)節(jié)，是軍用加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造中需要進(jìn)行特別處理的一個(gè)外設(shè)，其力學(xué)環(huán)境適應(yīng)能力與低溫啟動(dòng)都存在著嚴(yán)重與軍用加固計(jì)算機(jī)應(yīng)用要求不兼容的問(wèn)題，但它作為大容量的數(shù)據(jù)與程序存儲(chǔ)部件又是軍用通用加固計(jì)算機(jī)中不可或缺的一個(gè)重要的組件。
近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路工藝的迅猛發(fā)展，固態(tài)非易失存儲(chǔ)器的容量正在急劇增加，8GB的FLASH存儲(chǔ)器已開(kāi)始大量供貨，利用FLASLL存儲(chǔ)器構(gòu)成超大容量（80GB）的電子盤(pán)，在軍用加固計(jì)算中替代硬盤(pán)已經(jīng)指日可待。采用電子盤(pán)替代硬盤(pán)，不僅可以非常方便地解決前述的可靠性問(wèn)題，同時(shí)還可以極大地提高海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的訪問(wèn)速度，對(duì)提高軍用通用加固計(jì)算機(jī)有著很好的積極作用。
3.5嵌主式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最終成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的主流操作系統(tǒng)
軍用通用加固計(jì)算機(jī)目前主要是采用PC結(jié)構(gòu)，包括測(cè)發(fā)控軟件在內(nèi)的絕大多數(shù)應(yīng)用軟件多在WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，WINDOWS一類(lèi)的操作系統(tǒng)是面向商業(yè)應(yīng)用的通用型操作系統(tǒng)，有著大量的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及支持工具，具備良好的人機(jī)界面，圖形化能力非常強(qiáng)大，為各種軍用應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)提供了極大的方便。但是，它們畢竟是為商業(yè)應(yīng)用目的開(kāi)發(fā)的，魯棒性（robustness,也可理解為健壯性）穩(wěn)定性都存在一些問(wèn)題，因此藍(lán)屏、死機(jī)是這類(lèi)操作系統(tǒng)在兼容性方面的固有問(wèn)題，也是多年來(lái)一直困擾軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一個(gè)突出問(wèn)題。同時(shí)，這類(lèi)操作系統(tǒng)為了兼容更多的PC制造商和更多的用戶，它一般都集成了大量冗余的軟件代碼，對(duì)具體應(yīng)用和特定計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，這些冗余的軟件代碼無(wú)疑都是軟件拉圾，甚至在一些特定的條件下可能還會(huì)觸發(fā)一些莫明其妙的錯(cuò)誤。由于這類(lèi)操作系統(tǒng)功能極度復(fù)雜、代碼量極大，在出現(xiàn)問(wèn)題后，用戶一般是沒(méi)有任何有效的分析與解決手段的。
另外，WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)雖然支持多任務(wù)調(diào)度，但它絕不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)一些突發(fā)的異常事件的處理能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這點(diǎn)對(duì)于導(dǎo)彈武器的控制系統(tǒng)（尤其是發(fā)射控制系統(tǒng)）的應(yīng)用是非常不利的。
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在上述各項(xiàng)問(wèn)題上具有WINDOWS及其他桌面操作系統(tǒng)（如MNUX）不可比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，其代碼量較小，且多數(shù)可以提供源代碼，在出現(xiàn)應(yīng)用問(wèn)題后，應(yīng)用軟件研制方與計(jì)算機(jī)制造方可以較為方便的進(jìn)行深入分析；其次，由于更新?lián)Q代周期較長(zhǎng)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性要明顯好于各種桌面操作系統(tǒng)；第三，這類(lèi)操作系統(tǒng)對(duì)突發(fā)異常事件的反應(yīng)時(shí)間都非常短，可以最大程度的滿足武器系統(tǒng)對(duì)異常情況或故障情況進(jìn)行快速處理的要求。
正是由于以上這些原因，在一段時(shí)期的對(duì)比選擇之后，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最終將會(huì)成為導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)中軍用通用加固計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)平臺(tái)，WINDOWS類(lèi)操作系統(tǒng)只能作為文檔處理應(yīng)用類(lèi)計(jì)算機(jī)或單元測(cè)試類(lèi)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)平臺(tái)。
3.6軍用通用加固計(jì)算機(jī)技術(shù)要求的變化
根據(jù)以上預(yù)測(cè)的發(fā)展動(dòng)向和計(jì)算機(jī)技術(shù)自身的發(fā)展，軍用通用加固計(jì)算機(jī)的技術(shù)要求與目前相比將會(huì)發(fā)生以下變化：
（1）盡管目前還沒(méi)一個(gè)有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可信性仍將會(huì)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)重要的技術(shù)要求；
（2）嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)成為測(cè)發(fā)控計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置；
（3）電子盤(pán)將替代硬盤(pán)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)配置，存儲(chǔ)容量將達(dá)到40GB以上；
（4）100Mbps以上的網(wǎng)絡(luò)接口將成為軍用通用計(jì)算機(jī)的基本要求；
（5）1553B或其他IMbps上高速高可靠串行通信總線也會(huì)成為軍用通用加固計(jì)算機(jī)的一次常見(jiàn)的技術(shù)要求；
（6）隨著嵌入式計(jì)算機(jī)模塊的廣泛應(yīng)用，通用加固計(jì)算機(jī)直接外部信號(hào)采集口將會(huì)減少；
（7）未來(lái)的軍用通用加固計(jì)算機(jī)將會(huì)是一個(gè)機(jī)箱內(nèi)分布式處理系統(tǒng)，內(nèi)部采用CompactPCL總線，外部采用1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口，基于軟件框圖進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器。
4、結(jié)論
沒(méi)有先進(jìn)的測(cè)試和控制技術(shù)就沒(méi)有先進(jìn)的航天事業(yè)，軍用加固計(jì)算機(jī)隨著航天事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，當(dāng)今導(dǎo)彈武器的發(fā)展也給軍用加固計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了機(jī)遇，同時(shí)提出了更加嚴(yán)格的要求。國(guó)產(chǎn)化和可擴(kuò)展性是軍用加固計(jì)算機(jī)的總要求，也是發(fā)展的前提條件，可靠性、維修性、保障性是軍用加固計(jì)算機(jī)必須具備的技術(shù)性能指標(biāo)。軍用加固計(jì)算機(jī)的應(yīng)用單位，主要是型號(hào)總體和分系統(tǒng)，應(yīng)該為軍用加固計(jì)算機(jī)的國(guó)產(chǎn)化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化提出有力的技術(shù)支持和需求牽引。
掃一掃，關(guān)注恒研科技微信吧！
投訴建議
提交
查看更多評(píng)論
其他資訊
“十二五”完美收官 自動(dòng)化行業(yè)修得豐收時(shí)刻
撥開(kāi)云霧見(jiàn)青天 洗白自動(dòng)化
智能制造新方案推動(dòng)我國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變
2015年中國(guó)制造超強(qiáng)逆天 十大國(guó)產(chǎn)化成果盤(pán)點(diǎn)
預(yù)測(cè)2016年10大科技趨勢(shì) 虛擬現(xiàn)實(shí)走主流