采用多內(nèi)核DSP多處理器的軍事集成系統(tǒng)設計

在以網(wǎng)絡為中心的戰(zhàn)場上，所有系統(tǒng)（平臺）都互連節(jié)點，共同為軍事人員提供任務關鍵型信息。這種方式正不斷推動創(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計需求，讓每部車輛、每架飛機、每架無人機（UAV）、每艘艦艇以及每名士兵在幾乎所有各級軍事行動中都能共享包括數(shù)據(jù)、語音和視頻在內(nèi)的信息。為戰(zhàn)場提供實時信息，這是當前軍事系統(tǒng)的主要重點，也是戰(zhàn)斗任務勝利完成、士兵生存不可或缺的部分。

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

　　表1：軍事系統(tǒng)所用處理器的重要選擇指標

　　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） 可為設計人員實現(xiàn)應用提供同質(zhì)（單個器件中的多個DSP）或異質(zhì)（單個器件中的ARM? + DSP）解決方案選擇。這兩種方案都能為設計人員提供在單個系統(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

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

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

　　此外，UAV也是一個可通過系統(tǒng)集成獲得優(yōu)勢的領域。例如，小型UAV 面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)就是在降低SWaP 的同時提高功能，為UAV 有效負載系統(tǒng)實現(xiàn)自主控制。小型UAV 這一術語是指二類或三類UAV，起飛重量在21 至1320 磅之間。UAV 系統(tǒng)運行遙感勘測、飛行控制、目標采集、監(jiān)控、武器部署以及通信等多個應用。當前的UAV 采用模塊化有效負載方法，可根據(jù)任務需要快速添加功能。新一代UAV 則將實現(xiàn)無需修改有效負載就能轉(zhuǎn)移部署的功能。這種要求需要在UAV 有效負載中添加更多功能，并降低SWaP。

　　今天的UAV 正在部署通信及計算子系統(tǒng)。新一代UAV 應在統(tǒng)一計算架構或電路板上集成大量子系統(tǒng)。新一代UAV 的設計可通過多內(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。這些電源受限設計更加注重多內(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，也就是對從板載視頻、雷達、紅外攝像機以及傳感器向基地回傳情報的更高能力的更高需求。UAV 所采集情報的回傳是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。回傳至基地的鏈路帶寬是有限的，這就是說UAV 自身必須進行大部分傳感器、雷達及視頻捕獲信息的處理。例如，視頻系統(tǒng)應只捕獲關注區(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)核或多處理器實施可為多個傳感器和天線提供統(tǒng)一處理電路板的優(yōu)勢。與此同時，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)的高靈活性可實現(xiàn)在不同飛行器中部署相同基礎硬