¿Cuáles son las perspectivas de empleo para el desarrollo integrado?
Durante mucho tiempo, las armas, los equipos y sus ordenadores fueron básicamente sistemas autónomos. Desde la aparición de las microcomputadoras, las dos se han integrado cada vez más y han surgido las computadoras integradas (). Una computadora integrada es una computadora especial integrada en el sistema objeto (es decir, el sistema host). Las computadoras integradas están integradas en el sistema en términos de función y estructura física. No se ejecutan independientemente del sistema y son una parte integral del sistema. Un sistema de aplicación puede integrarse en una o más computadoras según sea necesario. Los expertos militares afirman que las armas y el equipo han entrado en la era "integrada". Los entresijos de las computadoras integradas
El método tradicional de clasificación de las computadoras electrónicas es dividirlas en grandes, medianas, pequeñas y micro según su arquitectura, velocidad de computación, escala del sistema y campos aplicables. Este método de clasificación informática se ha utilizado durante unos 40 años. En los últimos años, con el rápido desarrollo y la aplicación generalizada de las tecnologías de semiconductores, microelectrónica e informática, las computadoras modernas se han dividido en dos ramas principales orientadas a aplicaciones: sistemas informáticos integrados que realizan control inteligente y sistemas informáticos de propósito general que realizan operaciones de alta velocidad. y cálculos numéricos masivos, y en base a esto, las computadoras se dividen en dos categorías: computadoras integradas y computadoras de propósito general. Las direcciones de desarrollo tecnológico de los dos son diferentes: el primero se centra en el rendimiento integrado, las capacidades de control y la confiabilidad que están estrechamente relacionados con el sistema de objetos, mientras que el segundo se centra en la mejora de la velocidad de computación y la expansión de la capacidad de almacenamiento;
Como resultado, también han aparecido métodos de clasificación informática "integrados" y "universales" en sistemas de armas y equipos. Las computadoras militares integradas se refieren a computadoras especiales que están "incrustadas" dentro de armas o sistemas de armas en forma de chips, plantillas, complementos o controladores para completar de manera inteligente las funciones del sistema. Se dividen en nivel de equipo (computadora industrial) y nivel de placa (. placa única, módulo), nivel de chip (MCU, SoC). Se utiliza principalmente en control, comando y control de armas, sistemas de comunicación, simulación de combate y sistemas de apoyo. Puede realizar una o más tareas específicas. Tiene las características de tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía y adaptabilidad a entornos hostiles. , fuerte rendimiento en tiempo real y características de confiabilidad del sexo alto.
Se puede decir que las aplicaciones en la era de las microcomputadoras crearon computadoras integradas. Por un lado, el combate moderno requiere que las computadoras se "integren" en armas y equipos para hacer que los sistemas de armas sean más inteligentes; por otro lado, el desarrollo de la tecnología hace posible que las computadoras se "integren" en armas y equipos; La posible interacción entre las necesidades de combate y la tecnología es la fuerza impulsora para el rápido desarrollo de sistemas informáticos integrados militares.
Características de las computadoras integradas
Características básicas
Como sistema informático especial integrado en un sistema de objetos, "integrado", "dedicado" y "computador" son los tres elementos básicos de las computadoras integradas y de esto se derivan las siguientes tres características básicas: para estar "integradas", se deben cumplir los requisitos del objeto integrado, como el entorno físico (pequeño) y el entorno de combate (confiable); ), costo de uso (barato), etc.; debido al "uso dedicado", el software y el hardware se pueden "recortar" para cumplir con la configuración mínima requerida por el objeto; la computadora integrada debe ser un sistema informático que pueda cumplir con el control; Requisitos del sistema de objetos.
Características estructurales
⑴ Coincide con el anfitrión. Como componente de un host, como por ejemplo un sistema de armas, una computadora integrada debe cumplir con los diferentes requisitos del host, como su volumen, peso, forma y muchos otros parámetros, sus funciones deben adaptarse al nivel del host, y ninguno demasiado alto; ni demasiado bajo es lo ideal.
⑵Sólido rendimiento en tiempo real. La computadora integrada obtiene información directamente del sensor y realiza un procesamiento en tiempo real o casi en tiempo real para cumplir con el requisito de tiempo "del sensor al tirador". Por lo tanto, los requisitos en tiempo real para el procesamiento, gestión y distribución de información son muy altos.
&n¿Qué es un sistema embebido? (3) Fiabilidad. Las computadoras integradas se utilizan ampliamente en entornos hostiles como el espacio, el aire y el mar. Tienen que soportar alta radiación, temperaturas ultrabajas, niebla salina, vibraciones, etc., y deben funcionar de forma independiente durante muchos años en las computadoras espaciales. . Por lo tanto, los requisitos de fiabilidad son extremadamente altos.
⑷Diseño modular. El uso de módulos de hardware y software comerciales, interoperables y reutilizables, disponibles en el mercado, puede reducir significativamente los costos y mejorar el rendimiento del sistema. La mayoría de las computadoras integradas nuevas adoptan un diseño de módulo integral.
Características de la aplicación
Las características de la aplicación de las computadoras integradas para objetos específicos requieren que los desarrolladores de computadoras comprendan los requisitos de control del sistema de objetos y participen en investigaciones sobre arquitectura, tecnología de software y aplicaciones de ingeniería. . En la aplicación de computadoras integradas en el campo militar, se han formado dos modelos de aplicación coexistentes y complementarios: ① Los ingenieros de tecnología electrónica desarrollan microcontroladores con sus propios hábitos de aplicación, que se caracterizan por la naturaleza aleatoria y de bajo nivel del software y hardware, así como como la estrecha relación con los objetos Los sistemas están estrechamente relacionados, pero faltan métodos de diseño de ingeniería informática. ②Intervienen profesionales de la informática, con características obvias de aplicaciones de ingeniería informática. Las plataformas de software y hardware se basan en sistemas integrados, combinados con aplicaciones subyacentes no integradas, como redes y comunicaciones.
La composición de las computadoras integradas
Las computadoras integradas generalmente constan de un microprocesador "integrado", dispositivos de hardware relacionados (como buses internos, interfaces y buses externos) y "incrustados". El sistema de software consta de tres partes principales.
Los microprocesadores son el núcleo de las computadoras integradas. Los principales productos incluyen el PowerPC de IBM, el "Pentium" de Intel y la serie de productos SPARC de Sun. Con la aparición de nuevos procesos y tecnologías como el silicio sobre aislante (SOI) y el cableado de cobre, las funciones de los microprocesadores se han mejorado enormemente. Los microprocesadores integrados suelen utilizar una estructura de memoria casi Harvard en la que las instrucciones y los datos se almacenan por separado, y una estructura de organización de instrucciones de diseño de conjunto de instrucciones (SISC).
El bus interno se utiliza para la transferencia de información entre complementos. Debido a que el bus interno VME puede integrar de manera flexible perspectivas de desarrollo no integradas y productos heterogéneos a nivel de placa del mismo fabricante en el mismo sistema, siempre ha estado en una posición de liderazgo en el bus interno de sistemas militares. Los autobuses internos PC/104 y CompactPCI son estrellas en ascenso. El sistema de posicionamiento global del ejército estadounidense y las herramientas de mantenimiento de sistemas portátiles para soldados utilizan el bus PC/104.
El bus externo se utiliza para la comunicación de datos entre el host y los dispositivos periféricos. Las computadoras integradas utilizan principalmente el bus 1553B. Fibre Channel definitivamente será la tecnología principal para las futuras computadoras militares integradas, pero tiene una portabilidad deficiente y una excesiva redundancia de ancho de banda, y no reemplazará al bus 1553B en el corto plazo.
El software informático integrado incluye software de sistema y software de aplicación, que a menudo están solidificados. Los principales sistemas operativos incluyen VRTX, PSOS, VxWorks, Lynxos, QNX y Linux. Entre ellos, Linux tiene las ventajas de un kernel pequeño, funciones potentes, operación estable, fácil personalización, amplio soporte de hardware, código fuente abierto y puede brindar soporte para varios métodos de red como Ethernet, red de fibra óptica y red satelital desde su lanzamiento. En 1998, Linux siempre ha recibido gran atención por parte de los militares.
El desarrollo de computadoras militares integradas en el ejército de EE. UU.
Desde la década de 1960, el ejército de EE. UU. ha tomado la iniciativa en el diseño de varios tipos de computadoras integradas para sistemas de armas. En la década de 1980, sus sistemas de armas avanzados (como radares, satélites, misiles, bombas guiadas, etc.) estaban básicamente equipados con computadoras integradas. Por ejemplo, la computadora táctica integrada AN/UYK-43 se utiliza principalmente en sistemas tácticos a bordo de barcos como el sistema "Aegis" y el Sistema Avanzado de Guía de Combate (ACDS), así como en plataformas como submarinos "Trident" y multi- propósito buques de asalto anfibio. Además, los equipos de prueba de armas, los sistemas de simulación de entrenamiento y los sistemas de información logística también han comenzado a utilizar computadoras integradas. Después de la década de 1980, varias ramas del ejército estadounidense han propuesto planes militares con computadoras integradas, como la "Computadora de control y comando integrado aire-tierra" del Ejército, la "Computadora del sistema de alerta temprana de aeronaves E-2C" de la Armada y el "HAWK" de la Fuerza Aérea. -32 Plan de Tecnología Informática”, etc. Después de décadas de desarrollo, el ejército estadounidense ha consolidado su posición dominante en este campo y ha ampliado la brecha tecnológica con otros países. En los últimos años, a medida que el desarrollo de computadoras integradas ha madurado básicamente, los militares ya no han formulado planes especiales para el desarrollo integrado de Linux. Sin embargo, el desarrollo de nuevas armas y la transformación de las armas existentes implicarán el desarrollo y la actualización de computadoras integradas.
En el desarrollo de computadoras integradas en el ejército de los EE. UU., hay muchas experiencias que vale la pena mencionar:
Estandarizar la estructura del sistema de comando
Al comienzo del desarrollo de las computadoras integradas, cada Las ramas del ejército de los EE. UU. A menudo desarrollan sistemas que se adaptan a sus propias necesidades. Las computadoras han resultado en un desarrollo "chimenea" de hardware y software entre varios servicios militares. Hay muchas variedades y modelos, poca compatibilidad y no hay estándares unificados. A finales de la década de 1960, el ejército de EE. UU. determinó el estándar de estructura del sistema de instrucción para computadoras militares integradas, que describía la estructura de la computadora y estipulaba estándares de interfaz, reduciendo en gran medida los tipos de hardware y software, y reduciendo el desarrollo y trasplante de software causado por el uso de múltiples lenguajes informáticos y muchas otras cuestiones.
Defender y popularizar el lenguaje Ada
El lenguaje Ada es un lenguaje de programación estructurado propuesto por el Departamento de Defensa de Estados Unidos en 1979. Anteriormente, cada servicio militar usaba diferentes lenguajes de programación (por ejemplo, la Fuerza Aérea usaba el lenguaje JOVLAL, el Ejército usaba el lenguaje NEBULA y la Armada usaba el lenguaje CM2), lo que reducía en gran medida la portabilidad y compatibilidad del software. El Departamento de Defensa y la Oficina de Contabilidad General de EE. UU. designaron el lenguaje Ada como el único lenguaje de programación para desarrollar software informático integrado en la década de 1980. Los fabricantes no pueden participar en licitaciones para contratos de informática militar si no utilizan compiladores Ada. A mediados de la década de 1990, Estados Unidos ajustó su política de adquisiciones y ya no exigió el uso del lenguaje Ada. Lenguajes como C y Java se utilizaron gradualmente en el campo de las computadoras integradas. Aunque el lenguaje Ada ya no es el único lenguaje de programación integrado designado por el Ministerio de Defensa, debido a sus fuertes capacidades de procesamiento paralelo y facilidad de uso, después de más de 20 años de desarrollo, se ha convertido en un lenguaje de programación universal, utilizado por el ejército de EE. UU. y la OTAN, como "Ada" El lenguaje Ada se utiliza en la programación de software del sistema de gestión de software del cohete Tesla V y en la unidad electrónica de guía central del Joint Standoff Weapon.
Utilizando tecnologías comerciales y estructuras abiertas
En el pasado, los ordenadores de desarrollo de software integrado para el ejército estadounidense eran desarrollados por fabricantes especializados según especificaciones militares, con requisitos medioambientales especialmente estrictos. , y los precios son generalmente comerciales Más de 2 veces los de una computadora. Después de la década de 1990, con el rápido desarrollo de la tecnología informática, las computadoras comerciales generalmente pueden satisfacer las necesidades de los militares después de ser reforzadas con temperatura, humedad, vibraciones y golpes. Por lo tanto, en 1994, el Secretario de Defensa de Estados Unidos, Perry, propuso una iniciativa para adoptar tecnologías y productos comerciales. De esta manera, al introducir tecnología avanzada, se pueden reducir los precios de los productos y acortar los ciclos de desarrollo. Ahora, las computadoras integradas recientemente desarrolladas por el ejército estadounidense han utilizado ampliamente productos comerciales disponibles y han adoptado una arquitectura abierta. Siguen estándares de sistemas abiertos en la selección de chips, buses y sistemas operativos para mejorar la interconexión, la interoperabilidad y la interoperabilidad de las computadoras. , lo que facilita la actualización. El futuro de las computadoras militares integradas:
Primero, alto rendimiento, tamaño pequeño y peso ligero. A medida que el ejército estadounidense se transforma, sus armas y equipos inevitablemente se volverán más ligeros, miniaturizados y más fáciles de desplegar. Por lo tanto, el espacio que pueden utilizar las computadoras integradas será muy limitado, y es necesario reducir el tamaño y el peso mientras se mejora continuamente el rendimiento. Con este fin, se están desarrollando tecnologías clave como el diseño de placas de circuitos para microprocesadores de velocidad ultrarrápida, el diseño y ensamblaje de módulos universales de alta confiabilidad y alta densidad de ensamblaje, inteligencia artificial y procesamiento paralelo. El sistema en chip puede lograr la integración de todos los sistemas electrónicos en un solo chip y es la base de las futuras computadoras integradas.
El segundo es el networking. Las guerras futuras serán guerras en red y las computadoras integradas funcionarán como nodos en la red. Una vez que las computadoras integradas distribuidas se conectan en red a través de medios de comunicación, son más poderosas que las computadoras actuales en muchos aspectos, como reconocimiento del campo de batalla, monitoreo ambiental, posicionamiento de personal y equipos, monitoreo del campo de batalla, apoyo médico, acceso a la información y protección de tropas.
La tercera es la inteligencia. Por ejemplo, la tarjeta de acceso universal militar promovida activamente por el ejército de EE. UU. es una tarjeta de identificación inteligente que utiliza un chip informático integrado, que puede identificar y autorizar al personal a acceder a redes y sistemas informáticos militares.
En cuarto lugar, el software es potente. Las funciones de software de las computadoras "integradas" serán cada vez más poderosas y se realizarán más funciones mediante el tratamiento de desarrollo integrado de software en lugar de hardware.