采用多內(nèi)核DSP多處理器的軍事集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在以網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)場(chǎng)上，所有系統(tǒng)（平臺(tái)）都互連節(jié)點(diǎn)，共同為軍事人員提供任務(wù)關(guān)鍵型信息。這種方式正不斷推動(dòng)創(chuàng)新集成系統(tǒng)的發(fā)展。新型軍事系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成幫助滿足新興設(shè)計(jì)需求，讓每部車輛、每架飛機(jī)、每架無人機(jī)（UAV）、每艘艦艇以及每名士兵在幾乎所有各級(jí)軍事行動(dòng)中都能共享包括數(shù)據(jù)、語音和視頻在內(nèi)的信息。為戰(zhàn)場(chǎng)提供實(shí)時(shí)信息，這是當(dāng)前軍事系統(tǒng)的主要重點(diǎn)，也是戰(zhàn)斗任務(wù)勝利完成、士兵生存不可或缺的部分。

　　這些軍事應(yīng)用需要解決方案不但要提供高性能，并針對(duì)復(fù)雜地面和空中通信提供更多控制功能，同時(shí)還要盡可能輕量化。解決這種網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)需求的一種方法是采用多內(nèi)核數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 或多內(nèi)核處理器來設(shè)計(jì)軍事系統(tǒng)。這種方法可在提升系統(tǒng)功能的同時(shí)，應(yīng)對(duì)小型化、輕量化以及低功耗（SWaP） 的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí)必須考慮多種因素與性能需求。表1列出了設(shè)計(jì)人員在選擇處理器時(shí)要考慮的5 大重要指標(biāo)。

　　表1：軍事系統(tǒng)所用處理器的重要選擇指標(biāo)

　　COTS現(xiàn)有商業(yè)（commercial off-the-shelf） 多內(nèi)核或多處理器片上系統(tǒng)（SoC） 可為設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)應(yīng)用提供同質(zhì)（單個(gè)器件中的多個(gè)DSP）或異質(zhì)（單個(gè)器件中的ARM? + DSP）解決方案選擇。這兩種方案都能為設(shè)計(jì)人員提供在單個(gè)系統(tǒng)中集成多種功能所需的處理性能的完美組合。

　　圖1：德州儀器KeyStone多內(nèi)核SoC架構(gòu)

　　圖1中的架構(gòu)是多內(nèi)核SoC可作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案的工作原理。SoC中的多內(nèi)核可用作實(shí)施網(wǎng)絡(luò)不同層的協(xié)處理器。此外，SoC還具有內(nèi)部共享存儲(chǔ)器和高速I/O，可提供雷達(dá)、傳感器、單兵攜帶軍事裝備以及UAV 等系統(tǒng)所需的存儲(chǔ)器及處理器間帶寬。

雷達(dá)和傳感器系統(tǒng)都可通過多內(nèi)核DSP SoC獲得優(yōu)勢(shì)。這些應(yīng)用可充分利用多內(nèi)核的并行計(jì)算功能。除了雷達(dá)、信號(hào)智能以及視頻監(jiān)控之外，多內(nèi)核器件還可應(yīng)用于影像穩(wěn)定、目標(biāo)跟蹤、飛行控制以及遙感勘測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域。

　　此外，UAV也是一個(gè)可通過系統(tǒng)集成獲得優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。例如，小型UAV 面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)就是在降低SWaP 的同時(shí)提高功能，為UAV 有效負(fù)載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主控制。小型UAV 這一術(shù)語是指二類或三類UAV，起飛重量在21 至1320 磅之間。UAV 系統(tǒng)運(yùn)行遙感勘測(cè)、飛行控制、目標(biāo)采集、監(jiān)控、武器部署以及通信等多個(gè)應(yīng)用。當(dāng)前的UAV 采用模塊化有效負(fù)載方法，可根據(jù)任務(wù)需要快速添加功能。新一代UAV 則將實(shí)現(xiàn)無需修改有效負(fù)載就能轉(zhuǎn)移部署的功能。這種要求需要在UAV 有效負(fù)載中添加更多功能，并降低SWaP。

　　今天的UAV 正在部署通信及計(jì)算子系統(tǒng)。新一代UAV 應(yīng)在統(tǒng)一計(jì)算架構(gòu)或電路板上集成大量子系統(tǒng)。新一代UAV 的設(shè)計(jì)可通過多內(nèi)核及多處理器器件上支持的系統(tǒng)集成獲益。多內(nèi)核與多處理器提供的高處理性能與低功耗可充分滿足電源受限系統(tǒng)的需求。這些電源受限設(shè)計(jì)更加注重多內(nèi)核及多處理器支持的單位功耗GFLOP或MIPS 性能，而不是單純的器件原始性能。目前COTS多內(nèi)核或多處理器所支持的單位功耗GFLOP或MISP可充分滿足軍事系統(tǒng)的需求。

　　此外，UAV 最終用戶還需要更多的自主控制功能，也就是對(duì)從板載視頻、雷達(dá)、紅外攝像機(jī)以及傳感器向基地回傳情報(bào)的更高能力的更高需求。UAV 所采集情報(bào)的回傳是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。回傳至基地的鏈路帶寬是有限的，這就是說UAV 自身必須進(jìn)行大部分傳感器、雷達(dá)及視頻捕獲信息的處理。例如，視頻系統(tǒng)應(yīng)只捕獲關(guān)注區(qū)域的內(nèi)容，把無用的其它影像刪掉。視頻捕獲后，信息應(yīng)通過高質(zhì)量編解碼器傳輸，其可盡可能保持影像質(zhì)量并最小化帶寬使用。多內(nèi)核或多處理器實(shí)施可為多個(gè)傳感器和天線提供統(tǒng)一處理電路板的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，它還可減少UAV 中電子板的數(shù)量。此類系統(tǒng)集成帶來的這些多內(nèi)核及多處理器SoC的使用可為其它無人武器系統(tǒng)的開發(fā)提供幫助。多內(nèi)核或多處理器系統(tǒng)的高靈活性可實(shí)現(xiàn)在不同飛行器中部署相同基礎(chǔ)硬