军用嵌入式计算机发展浅谈

公 司 开 发 的 基 于 开 源 Linux 开
的 VxWorks 6.8 实时操作系统，
典型的国产处理器均由于知 发 的 实 时 操 作 系 统。 它 主 要 包
全面支持多核应用。针对高安全 识产权问题没有采用主流的 X86 括 ：内 核 DeltaCORE、 嵌 入 式
领域，推出面向高安全性需求的 和 PowerPC 处 理 器 架 构， 如 ： TCP/IP DeltaNET、嵌入式文件
转向追求能耗有效性下的高性能 术的应用，实现了机内总线由并 处 理 器，ICP 模 块 之 间 采 用 FC
以及适度性能的低功耗，性能功 行总线向高速串行总线的转变， 总 线 进 行 高 性 能 数 据 交 换， 信
耗比成为衡量微处理器的一个重 大大提升了计算机各模块之间的 号处理能力达每秒 5000 亿次浮
条件受外国控制，从使用安全的 操作系统。国产的实时嵌入式操 安全性要求。
角度讲，开发采用具有“中国芯” 作系统主要有 ReWorks 和道系统。
可以预见，随着国产化进程
的军用嵌入式计算机势在必行。
ReWorks 操作系统是华东计 的快速推进，国产化的芯片和操
在国家大力支持下，我国在 算技术研究所自主研制的嵌入式 作系统在不远的将来，将广泛应
构 的 X86 处 理 器 Conroe ；2008 （Serial RapidIO,SRIO） 以 及 总带宽 24GB/s。
年推出了基于 Nehalem 结构的四 PCIe 总线（PCI Express,PCIe）、
国内车载核心处理机采用模
核 处 理 器 ；2009 年 公 布 了 基 于 光纤通道总线（Fiber Channel） 块化设计，通过内部高速数据交
借鉴主流处理器发展经验，需要 PPC4XX、X86、MIPS 等多种嵌
军用嵌入式计算机国产化，任重 独自开拓发展道路，具有很大的 入式微处理器。
而道远
发 展 难 度， 面 临 着 严 峻 的 挑 战。
国产化实时嵌入式操作系统
军用嵌入式计算机目前存在 但最近国外处理器技术由于工艺、 主 要 问 题 是 ：一、 操 作 系 统 本
撑作用。
DSP 信号处理器，并在多处理器 战车、两栖装甲车、空降车、轮
以信息技术为先导的当代科 系统中采用先进的高速互联技术。 式步兵战车、自行火炮、导弹发
学技术的迅
机 内 总 线 射车等各型武器装备，对我军装
猛发展和广 泛应用，直 接推动了军 事作战理
“军用嵌入式计算机广泛应 普遍采用
用 于 各 军 兵 种 的 武 器 装 备 上， 对 VME 总线， 信 息 化 战 争 起 到 核 心 支 撑 作 用。” 并 在 VME
军用嵌入式计算机发展浅谈
中国兵器工业计算机应用技术研究所 孟英谦
从海 湾 战 争、 科 索 沃 战 争、伊拉克战争、阿富 汗战争到利比亚战争
机公司、法国 Thales 计算机公司、 的军用计算机研制单位涉及到航 美国 DRS 公司、美国 Mercury 计 空、航天、电子、船舶、兵器等 算机系统公司。军用嵌入式计算 多个行业。兵器工业集团适应信
微处理器是计算机的核心所 产化问题。
处理器的支持需要进一步完善。
在，目前主要采用国外公司的产
国内军用嵌入式计算机普遍 三、操作系统对多核处理器，软
品。虽然国外产品具有技术先进、 采用实时嵌入式操作系统。目前 件 分 区 操 作 的 支 持 需 要 进 一 步
产品质量稳定的优点，但是供货 主要使用的是 和 Linux 完善，满足武器系统的实时性、
微处理器设计方面已经有了一定 实时操作系统，兼容 VxWorks 操 用于军用嵌入计算机，为我国的
的基础，在单核处理器的研发方 作 系 统， 支 持 X86、PowerPC、 国防事业做出巨大贡献。
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的功能越来越多，集成的功能模 芯片以及单片 soc 2H 芯片。在 间。FC 的 协 议 映 射 层 支 持 多 种
块包括北桥、南桥、显卡和网卡等， 多核处理器芯片方面，2009 年推 协 议， 如 ：F C - S C S I，F C - I P，
处理器芯片由原先的微处理器发 出 4 核 龙 芯 3A 芯 片， 今 后 将 陆 FC-VI，FC-AE。
VxWorks MILS Platform，确保用 龙芯处理器采用 MIPS 架构，飞 系统 DeltaFILE 以及嵌入式图形
户拥有一个受到全面保护的系统 腾 1000 处理器采用 Sparc V9 架 接口 DeltaGUI。 DeltaOS 支持
平台。
构，这样国产处理器的发展不能 ARM7、StrongARM、PPC8XX、
微处理器厂商纷纷推出多核结构 处理器，2007 年研发成功的龙芯 PCIe 事实上已经是核心处理器到
的微处理器，多核成为微处理器 2F 性能达到世界先进水平，产品 外围设备高带宽数据流传输应用
发展的主流 ；二是微处理器集成 具有初步的国际市场竞争力。随 标准。FC 主要用于系统之间（通
度不断提升，集成在微处理器上 后 将 继 续 研 发 集 成 度 更 高 的 2G 过 交 换 模 式 ）， 也 可 用 于 板 卡 之
来看，现代战争已经从机械化军 机 在 车 载 领 域 的 应 用 十 分 广 泛。 息化技术的快速发展，提出了“建
事 形 态 转 变 为 信 息 化 军 事 形 态， 应用的典型车辆有 ：美国的 M1A2 设高科技国际化兵器工业”的发
信 息 已 经 是 现 代 战 争 的 制 高 点， SEP 坦克、德国“豹”2A6 坦克、 展战略，实现由传统兵器向高科
Nehalem 结构的八核至强处理器； 等高性能数据交换结构技术为基 换网络将各模块有机互连。设备
2009 年底推出了把 CPU 和 GPU 础的军用计算机结构标准，逐渐 采用开放、标准的机架结构，由
封装在一起的多核处理器（Core 渗透到军用计算机系统总体设计 开放式机架、电源模块、通用核
i7）， 其 中 CPU 采 用 32nm ； 理念中。
心处理模块、可配置高速并行处
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理模块等组成，按照应用系统处 面达到世界先进水平，并快速切
理任务量、信息量及系统冗余、 入多核处理器的研发。目
重构设计等要求，配置不同数量 前 已 研 制 出 多 款 微
的模块。
要指标。
处理器，机内总线普遍采用 CPCI 趋势如下 ：
目前，国际上具有代表性的 总线，操作系统主要采用嵌入式
（1） 采 用 低 功 耗、 高 性 能 的
军用计算机厂商有 ：加拿大 dy4 实时操作系统 VxWorks\Linux。
多 核、 多 处 理 器 系 统， 进 一 步 提
计算机公司、英国 RedStone 计算
谁掌握了信息，谁就有了现代战 法国勒克莱尔坦克、以色列梅卡 技兵器的战略转型。经过近二十
争的发言权。而军用嵌入式计算 瓦坦克、日本 90 式坦克。
年来的发展，研制了种类众多的
机广泛应用于各军兵种的武器装
国外军用嵌入式计算机在硬 军用计算机及相应的支撑软件，
备上，对信息化战争起到核心支 件上一般采用 PowerPC 处理器、 并应用于主战坦克、履带式步兵
GbE 是基于 IP 数据通信的标
出如下明显的趋势 ：一是单处理 8 ～ 16 核 Sandy bridge 处理器。 准，可用于平台间网络或计算机
器性能的继续提高在主频、结构
中国科学院计算技术研究所 板卡之间的子系统 ；SRIO 是芯片
和功耗方面都碰到了明显的障碍， 于 2001 年初开始研制龙芯系列 之间或板卡之间最好的互联方式；
展 到 系 统 芯 片（SOC）， 并 最 终 续推出 8 核龙芯 3B 芯片，16 核
美国 Mercury 计算机系统公
发展成“片上计算机”。三是微处 龙芯 3C 芯片。
司的 RACE++ 系列多计算机系
理器厂商开始从单纯追求高性能， （2）高性能数据交换结构技 统 具 有 100 至 200 多 个 嵌 入 式
处 理 器， 包
（3）采用支持多核、软件分 括 中 科 院
区 运 行 的 实 时 嵌 入 式 操 作 系 统， 的“龙芯”、
保证系统能够可靠地实时响应， 国 防 科 大 的
满足武器系统的实时性、安全性 “飞腾”、上海高性
要求。
能集成电路设计中心的
多核成为微处理器发展的主 “申威”、北京大学的“众志”、
备级、板级）和支撑软件等技术 统主要采用嵌入式实时操作系统 过自主研制、外购和挖潜改造等
领域，是信息化、智能化武器系 VxWorks\Green Hill。
途径，大力提升武器装备信息化
统的灵魂，其发展水平已成为衡
国内军用嵌入式计算机在硬 水平。作为武器装备信息化核心
量武器装备先进性和创新性的重 件上采用 PowerPC 处理器、X86 支撑的军用计算机，目前的发展
的主要问题是国产化的问题。包 结构、应用等方面的原因而放慢 身 没 有 大 规 模 商 业 化 应 用， 操
括关键核心芯片、实时操作系统 了发展速度，为我国微处理器的 作系统的自身可靠性、实时性、
等的国产化。
发展提供了难得的机遇。
性能有待进一步验证。二、操作
（1）关键核心芯片国产化问题。 （2）实时嵌入式操作系统国 系 统 对 不 同 架 构、 不 同 厂 家 的
流，因此实时嵌入式操作系统发 苏州国芯的“C*Core”等。在应
展的重要方向是支持多核、软件 用推广和产业化方面也进行了有
分区运行。
益尝试并取得了可喜的进展，但 MIPS 等多种嵌入式处理器。
Wind River 公司紧跟处理器 总体上国产微处理器还缺乏国际
DeltaOS 是北京科银京成
发展主流，推出了支持多核应用 竞争力。
当前，国内具有一定影响力 升计算机的处理能力。
人物简介： 孟英谦，中国兵器计算所研究室主任，研高工，主要从事军用嵌入式计算机和车载信息系统技术研究．
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封 面 故 事 COVER STORY
目前处理器技术的发展呈现 2012 年将推出采用 22nm 工艺的
要指标。
传输性能。
点（500GFLOPS） 运 算， 数 据
Intel 公司的 X86 系列微处理
目前以高速以太网（Gigabit 处 理 能 力 达 每 秒 400 亿 次 定 点
器在 2006 年推出了基于 Core 架 Ether net,GbE）、 高 速 串 行 口 （40GIPS）运算，计算节点网络
总线基础
备的信息化建设做出了巨大贡 献。典型应用车辆如 ：99 式主战 坦克。
论、武器装
上 提 出 了 嵌入式计算机的技术潮流
备和编制体制的根本性变革。信 新 的 VPX 总 线， 系 统 传 输 速 率
目 前， 各 国 均 把 武 器 装 备 信
息基础技术涵盖军用计算机（设 由 40M/s 提高到 40G/s。操作系 息化提升到了战略层次上，并通