嵌入式國防和航空航天行業(yè)出現(xiàn)支持 40 Gbps 結(jié)構(gòu)的新型嵌入式系統(tǒng)元素。這些更高帶寬的硬件解決方案包括單板計(jì)算機(jī) （SBC）、DSP 引擎、GPGPU、FPGA 引擎、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第 3 代 OpenVPX 背板。

嵌入式國防和航空航天行業(yè)最近出現(xiàn)了支持 40 Gbps 結(jié)構(gòu)的新型嵌入式系統(tǒng)元素。這些更高帶寬的硬件解決方案包括單板計(jì)算機(jī) （SBC）、DSP 引擎、GPGPU、FPGA 引擎、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第 3 代 OpenVPX 背板。這些系統(tǒng)元件支持 40 千兆以太網(wǎng) （GbE） 和 QDR Infiniband（用于板對板通信）和第 3 代 PCI Express（用于板載數(shù)據(jù)流），因此能夠集成接近超級計(jì)算機(jī)處理級別的大規(guī)模加固型嵌入式子系統(tǒng)。這些高端處理系統(tǒng)現(xiàn)在可以在中小型系統(tǒng)中處理具有挑戰(zhàn)性的情報(bào)、監(jiān)視和偵察 （ISR） 應(yīng)用，在小型緊湊機(jī)箱中提供三到五塊板。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以使用最新一代的 SBC，這些 SBC 具有 40 Gbps 帶寬的雙通道，并支持支持第三代 PCIe 的 XMC 夾層模塊站點(diǎn)，以定義一類新的入門級“HPEC-Lite”系統(tǒng)。憑借其更高的 40 Gbps 帶寬，最新的 SBC 現(xiàn)在可以用作小型中低級高性能嵌入式計(jì)算 （HPEC） 系統(tǒng)的兩用平臺，提供其傳統(tǒng)的系統(tǒng)管理功能和高速數(shù)據(jù)輸入功能，這些功能以前需要在 ISR HPEC 系統(tǒng)中使用專用但速度較低的 XMC I/O 載板。

小型 HPEC 系統(tǒng)（如柯蒂斯-賴特 6U VPX6-1958 板）通過其高速 I/O XMC 夾層卡以 PCI Express （PCIe） 速率將模擬前端數(shù)據(jù)引入板（參見圖 1）。然后，捕獲的原始數(shù)據(jù)以 40 Gbps 的速率直接從 SBC 發(fā)送到一個(gè)或多個(gè) DSP 引擎，以進(jìn)行 ISR 應(yīng)用程序處理。這種“HPEC-Lite”方法消除了對較慢的、基于 PCIe 的 XMC 載卡和所需的專用板插槽的需求。相反，SBC充當(dāng)高速智能路由器，可以運(yùn)行TCP / IP堆棧，以支持到系統(tǒng)DSP引擎的冗余40 GbE數(shù)據(jù)管道。通過其雙/四 40 Gbps 管道、酷睿 i7 CPU 和高速 XMC 站點(diǎn)，SBC 成為高端傳感器 I/O 分配子系統(tǒng)。

圖 1：柯蒂斯-賴特的 VPX6-1958 主板使用最新的英特爾第四代酷睿 i7 處理器和雙 XMC 站點(diǎn)，可為 SWaP 受限的 ISR 應(yīng)用啟用 HPEC-Lite 系統(tǒng)。

SBC 的英特爾第四代酷睿 Haswell 處理器及其內(nèi)置 GPU，可以提供前所未有的性能水平 - 來自 CPU 或 GPU 的 300 GFLOPS，這加起來從單個(gè)英特爾處理器帶來了超過 600 GFLOPS 的性能。在像上面提到的 HPEC-Lite 系統(tǒng)中 - 具有單獨(dú)的 VPX6-1958 SBC 和兩個(gè) DSP 引擎，結(jié)果是處理性能》 2 TFLOPS。預(yù)計(jì)此性能將提高，因?yàn)槲磥淼挠⑻貭柼幚砥黝A(yù)計(jì)將在類似的 3 板小型 HPEC 系統(tǒng)中啟用 4 TFLOPS。

許多ISR應(yīng)用將繼續(xù)需要更大的電路板組。然而，緊湊的 HPEC-Lite 方法將使許多類型的 ISR 應(yīng)用具有低尺寸、低重量、低功耗和低成本 （SWaP-C） 要求，只需一個(gè)部署的小型機(jī)箱即可解決。例如，可以使用較小的系統(tǒng)構(gòu)建雷達(dá)處理系統(tǒng)，通過SBC的XMC卡通過串行FPDP（sFPDP）在前端引入原始數(shù)據(jù)，然后將原始雷達(dá)數(shù)據(jù)以最小的延遲傳輸?shù)较到y(tǒng)的兩個(gè)DSP之一進(jìn)行后處理。

另一個(gè)潛在的應(yīng)用是可視化數(shù)據(jù)處理，特別是當(dāng)無人機(jī)、地面作戰(zhàn)車輛和機(jī)載傳感器吊艙需要模式匹配時(shí)。在這種類型的應(yīng)用中，SBC的XMC將使用XF05相機(jī)鏈路數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)將原始視頻數(shù)據(jù)帶到小型HPEC系統(tǒng)，然后HPEC系統(tǒng)將數(shù)據(jù)路由到系統(tǒng)的DSP引擎進(jìn)行后處理。

在這種兩用方法中，SBC仍然能夠提供傳統(tǒng)的“流量警察”系統(tǒng)管理功能，但現(xiàn)在還充當(dāng)前端數(shù)據(jù)的入口系統(tǒng)，通過PCIe將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到專用GPGPU，或通過40 Gbps結(jié)構(gòu)發(fā)送到DSP引擎。對于那些需要最大處理能力和性能的ISR應(yīng)用程序，40 Gbps端到端系統(tǒng)元件可以開發(fā)大型“大鐵”可擴(kuò)展HPEC系統(tǒng)，可以移動(dòng)TB級的數(shù)據(jù)。然而，這些高帶寬電路板元件還使設(shè)計(jì)人員能夠通過這些解決方案的中低級子集來滿足要求較低的應(yīng)用，從而節(jié)省空間、重量、功耗和成本。

審核編輯：郭婷