Trong các hệ thống quân sự, khả năng tương tác là một khái niệm quan trọng khi muốn đạt được lợi thế trong việc thực hiện các quy trình tính toán thông qua phần cứng đang được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng.

Các yếu tố chính bao gồm cơ sở hạ tầng hệ thống mạng và truyền thông được điều khiển qua Ethernet tốc độ cao. Nhưng có một số yếu tố khác được nhúng trong kiến trúc cần được xem xét. Chúng có thể bao gồm đồng bộ hóa và các tín hiệu thời gian chính xác để điều hướng, quản lý hệ thống để theo dõi tình trạng sức khỏe của các mô-đun và hệ thống điện cho phép các mô-đun hoạt động.

Open Group Sensor Open Systems Architecture ™ (SOSA) là tiêu chuẩn quản lý sử dụng các tiêu chuẩn mở khác, thuộc phạm vi bảo vệ của SOSA và tất cả đều tuân theo phương pháp MOSA. Một trong số này, OpenVPX, hoặc VITA 65.

Đánh giá nhanh yếu tố chính của OpenVPX

Hãy cùng tìm hiểu về OpenVPX. Được quản lý bởi VITA, nó là một nhóm các tiêu chuẩn mở dựa trên VITA đã được kiểm chứng. Điều đầu tiên cần lưu ý là nó xác định các cấu hình mô-đun khe cắm cụ thể để hạn chế các cách mà các thành phần có thể giao tiếp, giảm khả năng không tương thích tiềm ẩn. Quản lý hệ thống được thực hiện thông qua VITA 46.11, một tiêu chuẩn bao gồm các khái niệm quản lý hệ thống và khung.

Tương tự, một cách phổ biến để cấp nguồn cho hệ thống được xác định, cho phép các mô-đun PSU tiêu chuẩn có thể đáp ứng nhu cầu cho cả hệ thống 3U và 6U. OpenVPX chuẩn hóa định nghĩa giao diện mô-đun nguồn thông qua một nhóm con, VITA 62, do đó, có sự nhất quán giữa các LRU.

Hỗ trợ cho các mô-đun công suất cao hơn thông qua các kỹ thuật làm mát mới cũng là một phần của OpenVPX. Thông qua tiêu chuẩn phần cứng SOSA, các mô-đun cũng phù hợp với CMOSS và HOST, đáp ứng nhu cầu của Lục quân, Hải quân và Không quân.

OpenVPX theo kịp những thay đổi của ngành

Nhu cầu của thị trường không ngừng lại. Lấy ví dụ như Ethernet và PCIe. Từ năm 1980 đến năm 2020, Ethernet đã tăng từ 10 MB lên 1 GB, sau đó từ 10 lên 25 và lên đến 100 GB, vì nhu cầu về tốc độ nhanh hơn không ngừng tăng lên. (Hình 1)

Hình 1. Xu hướng tốc độ Ethernet đang tăng lên theo cấp số nhân, với tốc độ 400 GB/s đang tăng dần

PCIe di chuyển dữ liệu qua các mô-đun và hệ thống. Nó bắt đầu ở mức 2,5 Gigatransfers, sau đó là 5, bây giờ là 8 và đang chuyển sang lĩnh vực 16 Gigatransfers một giây. Hai xu hướng này cho phép các nhà thiết kế nhúng triển khai các thiết kế nhanh hơn trong OpenVPX. Ngành công nghiệp đang làm điều này bằng cách áp dụng các tiêu chuẩn và triển khai công nghệ bảng nối đa năng cần thiết để xây dựng các hệ thống quân sự tiên tiến.

Để cắm các thẻ khác nhau với nhau và đảm bảo khả năng tương tác, cần phải có một cách nhất quán để ghim chúng ra và lập bản đồ, vì vậy cần có sự phù hợp với các tín hiệu và cuối cùng là để các bảng được kết nối với nhau thông qua bảng nối đa năng. OpenVPX cung cấp một phương pháp để giao tiếp hoặc giao diện các thẻ với nhau, theo một cách nhất quán, do đó, không tốn thời gian vào việc làm cho các phần tử hoạt động cùng nhau. Thay vào đó, các nỗ lực phát triển có thể tập trung vào việc xây dựng chức năng hệ thống.

Hãy xem xét một số công trình khác đã định hình OpenVPX trong vài năm qua. Xuất phát từ một sáng kiến ​​của Quân đội Hoa Kỳ, một kiến ​​trúc hội tụ phần cứng đã được hình thành mang lại những khái niệm mới, chẳng hạn như kết nối tốc độ cao hơn, cho truyền thông kết nối mạng. Việc sử dụng các đầu nối fiber và RF mới, sơ đồ biểu đồ vô tuyến để định thời gian và hướng tới mật độ công suất cao hơn trong mô-đun cũng được đưa vào màn hình gập VPX.

Đáp ứng các xu hướng trong thiết kế hệ thống

Hai xu hướng bổ sung bao gồm các hệ thống trở nên phức tạp hơn cũng như nhu cầu đồng bộ hóa ngày càng tăng để chuẩn hóa cách định thời gian được thực hiện giữa các thẻ. OpenVPX đã thực hiện thách thức đó và xác định chiến lược đồng hồ xuyên tâm và vị trí thời gian. Thẻ định thời này tạo ra thông tin thời gian và tạo ra các tín hiệu đồng hồ có thể được phân phối xuống bảng nối đa năng.

Yêu cầu về băng thông cao hơn đã gây áp lực lên các thiết bị hỗ trợ hệ thống, hiện cần hoạt động nhanh hơn 2,5 lần so với thậm chí một hoặc hai năm trước đây. Điều này đã phát triển thành các triển khai backplane tốc độ cao mới, tận dụng tính toàn vẹn của tín hiệu và các mô hình mô phỏng và đầu nối mới từ 10 đến 25 Gb, với tốc độ chuyển mạch được hỗ trợ bởi các đầu nối. (Hình 2)

Hình 3. Các back-plane tốc độ cao hiện hoạt động nhanh hơn 2,5 lần so với chỉ vài năm trước đây

Theo thời gian, các mô-đun đã thay đổi từ 40 W đến 60 W và lên đến 130 W, tùy thuộc vào nhu cầu của mỗi mô-đun. Thực hiện điều này theo cách làm mát bằng dẫn truyền rất khó và khiến chúng ta phải xem xét các cách tiếp cận khác. Luồng không khí (AFT), VITA 48.8, đẩy nhiều không khí hơn qua một mô-đun để có thể làm mát nó theo một cách làm mát bằng dẫn điện đã được sửa đổi, bằng cách dẫn không khí qua các mô-đun để thông hơi các thẻ và tản nhiệt. Lưu lượng chất lỏng (LFT), VITA 48.4, là một tiêu chuẩn làm mát mới khác, cung cấp một lộ trình cho phép các giải pháp yêu cầu nhiều điện năng hơn để sử dụng khả năng làm mát bằng chất lỏng.

Tiếp tục phát triển kiến trúc tiêu chuẩn mở

OpenVPX là một tiêu chuẩn sống, tiến về phía trước với những thách thức mới khi nhu cầu công nghệ của các nền tảng quân sự phát triển, liên tục giải quyết cách các công nghệ mới có thể được kết hợp vào một hệ thống chắc chắn để thực hiện các yêu cầu do DoD bắt buộc.

Tóm lại, các hệ thống quân sự trong tương lai đang bị ảnh hưởng hoặc thúc đẩy bởi cách tiếp cận kiến trúc hệ thống mở mô-đun và nhu cầu về các công nghệ hiện tại. Những điều này đang ảnh hưởng đến các hệ thống mới và sẽ ảnh hưởng đến các thiết kế trong tương lai, khung gầm, mặt sau, yêu cầu về nguồn điện...