采用多内核DSP多处理器的军事集成系统设计

在以网络为中心的战场上，所有系统（平台）都互连节点，共同为军事人员提供任务关键型信息。这种方式正不断推动创新集成系统的发展。新型军事系统通过系统集成帮助满足新兴设计需求，让每部车辆、每架飞机、每架无人机（UAV）、每艘舰艇以及每名士兵在几乎所有各级军事行动中都能共享包括数据、语音和视频在内的信息。为战场提供实时信息，这是当前军事系统的主要重点，也是战斗任务胜利完成、士兵生存不可或缺的部分。

　　这些军事应用需要解决方案不但要提供高性能，并针对复杂地面和空中通信提供更多控制功能，同时还要尽可能轻量化。解决这种网络战需求的一种方法是采用多内核数字信号处理器（DSP） 或多内核处理器来设计军事系统。这种方法可在提升系统功能的同时，应对小型化、轻量化以及低功耗（SWaP） 的挑战。系统设计人员在设计这些系统时必须考虑多种因素与性能需求。表1列出了设计人员在选择处理器时要考虑的5 大重要指标。

　　表1：军事系统所用处理器的重要选择指标

　　COTS现有商业（commercial off-the-shelf） 多内核或多处理器片上系统（SoC） 可为设计人员实现应用提供同质（单个器件中的多个DSP）或异质（单个器件中的ARM® + DSP）解决方案选择。这两种方案都能为设计人员提供在单个系统中集成多种功能所需的处理性能的完美组合。

　　图1：德州仪器KeyStone多内核SoC架构

　　图1中的架构是多内核SoC可作为网络基础设施解决方案的工作原理。SoC中的多内核可用作实施网络不同层的协处理器。此外，SoC还具有内部共享存储器和高速I/O，可提供雷达、传感器、单兵携带军事装备以及UAV 等系统所需的存储器及处理器间带宽。

雷达和传感器系统都可通过多内核DSP SoC获得优势。这些应用可充分利用多内核的并行计算功能。除了雷达、信号智能以及视频监控之外，多内核器件还可应用于影像稳定、目标跟踪、飞行控制以及遥感勘测等应用领域。

　　此外，UAV也是一个可通过系统集成获得优势的领域。例如，小型UAV 面临的最严峻挑战就是在降低SWaP 的同时提高功能，为UAV 有效负载系统实现自主控制。小型UAV 这一术语是指二类或三类UAV，起飞重量在21 至1320 磅之间。UAV 系统运行遥感勘测、飞行控制、目标采集、监控、武器部署以及通信等多个应用。当前的UAV 采用模块化有效负载方法，可根据任务需要快速添加功能。新一代UAV 则将实现无需修改有效负载就能转移部署的功能。这种要求需要在UAV 有效负载中添加更多功能，并降低SWaP。

　　今天的UAV 正在部署通信及计算子系统。新一代UAV 应在统一计算架构或电路板上集成大量子系统。新一代UAV 的设计可通过多内核及多处理器器件上支持的系统集成获益。多内核与多处理器提供的高处理性能与低功耗可充分满足电源受限系统的需求。这些电源受限设计更加注重多内核及多处理器支持的单位功耗GFLOP或MIPS 性能，而不是单纯的器件原始性能。目前COTS多内核或多处理器所支持的单位功耗GFLOP或MISP可充分满足军事系统的需求。

　　此外，UAV 最终用户还需要更多的自主控制功能，也就是对从板载视频、雷达、红外摄像机以及传感器向基地回传情报的更高能力的更高需求。UAV 所采集情报的回传是一项极具挑战性的任务。回传至基地的链路带宽是有限的，这就是说UAV 自身必须进行大部分传感器、雷达及视频捕获信息的处理。例如，视频系统应只捕获关注区域的内容，把无用的其它影像删掉。视频捕获后，信息应通过高质量编解码器传输，其可尽可能保持影像质量并最小化带宽使用。多内核或多处理器实施可为多个传感器和天线提供统一处理电路板的优势。与此同时，它还可减少UAV 中电子板的数量。此类系统集成带来的这些多内核及多处理器SoC的使用可为其它无人武器系统的开发提供帮助。多内核或多处理器系统的高灵活性可实现在不同飞行器中部署相同基础硬件平台的应用。

　　除了雷达、传感器系统以及UAV 之外，单兵携带军事装备与手持系统也能受益于多内核或多处理器的系统集成。就便携式单兵军事手持设备而言，SWaP至关重要。这种系统必须做到小型、轻量，才便于士兵随身背负。系统功耗必须足够低，才能使用电池工作6 至12 小时。单兵携带军事装备的软件定义无线电（SDR） 也能受益于多内核集成。SDR 的一种实施方案是使用通用处理器（GPP） 配合DSP。SDR 可使用SoC减小整体系统尺寸与功耗。另一个实例就是SDR 使用多个DSP 支持多个复杂的军用波形。

　　新一代以网络中心的系统对嵌入式计算领域提出了严峻挑战。当前的多内核SoC及多处理器可帮助设计人员应对新一代军事系统的处理功能、通信带宽、SWaP以及无线通信需求。这些功能可确保所有士兵都能接收和使用更高分辨率、更高精度的信息，而前所未有的更快访问时间可帮助他们在充分了解情况的基础上更快做出符合当前及可预见未来需要的决策。

　　关于作者

　　Hector Rivera 现任德州仪器（TI） 通信基础设施产品部任务关键型市场营销经理，主要负责TI 任务关键型客户开发与支持，以及多内核DSP 战略支持。

　　在担任关键任务应用市场营销经理之前，他曾任TI HiRel 产品部应用经理，随后转任业务开发职位，制定嵌入式处理器应用战略及规划。在此期间，Rivera 的职务是确保TI 产品支持航空与军事应用，包括软件定义无线电、传感器以及智能武器弹药等。

　　Rivera 于2002 年加入TI，任半导体产品部分类经理。作为分类经理，他负责根据出口管理法规加强TI 产品、软件及技术分类的工作。在此期间，他制定了快速全面的产品技术控制响应流程，确保TI 运营符合监管机构要求。

　　Rivera 在军事及政府领域拥有长达21 年的丰富经验。他曾就读于乔治梅森大学（George Mason University） 与波多黎各大学（University of Puerto Rico），分别获MSEE 与BSEE。