Vincent Chuffart, Mil & Aero ,Kontron
לטפורמה המעניקה למפתחי מערכות צבאיות את המהירות והטכנולוגיות האחרונות כדי להתחרות ולזכות בפרויקטים.
מערכות צבאיות הן מהמערכות המתקדמות ביותר בעולם כיום. לפני עשור שנים היה קשה אפילו לדמיין את התפקידים שהן מבצעות והיכולות שהן מספקות. רבות מהתקדמויות אלו הן תוצאה של חידושי טכנולוגיית המחשוב המשובצים המזינות הדמיית 3D מדהימה המשמשת ליצור ערנות על מצבים קריטיים ביישומי מכ”ם וסונאר, אם לציין רק מעטים מהם.
טכנולוגיית מחשוב והפלטפורמות המשולבות לתוך המערכות הצבאיות של היום הן התמזגות של למעלה מ-25 שנות ניסיון מוצלח בעבודה עם התקדמויות בטכנולוגיה ושינויים מיועדים-ליישום המבוססים בעיקר על תקן המחשוב המוכח VME. VME נחשב לטכנולוגיה המובילה בלוחות-האם (backplane) הפרוסה כיום, אשר הוסיפה להתפתח כדי לתמוך עתה בארכיטקטורות האחרונות של המעבדים x86 ו-FPGA.
אולם בצעד קדימה, לטכנולוגיות צבאיות קיימות רבות, יש היכולת לעכב התקדמויות נוספות, והן אינן גמישות או ניתנות להרחבה דיין כדי להתחרות בסביבת הפיתוח התובענית של היום. השיקול הראשון הוא שה-VME מציג סוגיות תכנון עתידי אחדות הכוללות I/O מוגבל. בשעה ש-OEMs השתמשו בפיתרונות לעקוף את ה-I/O המוגבל הזה, הם חשופים לסיכוני התיישנות נוספים במידה והספק חדל לספק את הטכנולוגיה.
ביחד עם סוגיות ה-VME נמצאת העובדה שמערכות פרוסות התקדמו עם מערך שונה של מערכות הפעלה, תוכנת לקוח, שפות, מזינים וליקויי ביצועים או תפעול שיש להתגבר עליהם. בנוסף, ישנן הדרישות הקיימות-תמיד והמתמידות של המערכות למלא אחר דרישות ה-SWaP, ביצועים, רוחב-פס לתקשורת, הספק נמוך, קירור יעיל, תאימות לתקנים, פעולה קשה, פעילות הדדית וכושר הרחבה.
מעל כל זה, תכניות צבאיות חשות בהפחתה משמעותית בתקציבים העומדים לרשותן. כדי לצמצם את העלויות עוד יותר, משרד ההגנה החל לממש “תהליך רכישה גמיש” המחייב אבי-טיפוס בעלי קונספט מוכח, דבר הדורש מהמפתחים לחדש מערכות מהר יותר בסביבה תחרותית יותר. לגבי רבות מתכניות אלו, ניתן לבנות אבי-טיפוס תוך שימוש בשרתים מקבילים הדומים למרכזי-נתונים בעלי כוח I/O ומחשוב אדיר. אולם פיתרון חומרה זה לא ניתן לשבץ בנקל.
תהליך רכישה מהיר
המציאות הכלכלית הברורה היא שכיום פחות קרנות זמינות עבור תכניות חדשות ושדרוגים, דבר אשר הוביל לתחרות מפתחי מערכות יותר תוקפנית. בנוסף לסביבה התחרותית, קיים נוף הסטה בתעשייה הביטחונית כאשר מפתחים נדרשים להוכיח את פתרונות המערכת שלהם לפני שזכו בתכנון, דבר המסייע למשרד ההגנה להקטין את הסיכונים ולבסוף להפחית את העלויות.
המשמעות היא שרבות מהחברות המתחרות בתכנוני תכנית צבאית שוטפים חייבות לבצע זאת תוך שימוש בקרנות
(IRAD – Independent/Internal Research (and Development שלהן עצמן לשם פיתוח אבי-טיפוס עובדים, אשר לא רק יוכיחו את יכולת המערכת אלא גם יאמתו את קלות הפיתוח ויגלו במדויק את עלויות השדרוג. לקוחות צבאיים פחות נוטים כיום לקבל תכנוני-נייר ולספק את המימון של פיתוח ה-Proof of Concept () כפי שהרשו בעבר. הקבלנים צריכים כעת להתחרות עם מדגימים, מדגימים בשדה, אבי-טיפוס בייצור ואף מערכות בייצור, אשר יכולות להרתיע בעת השימוש במימון IRAD.
Star VX Matches נוטים לעבור לפתרונות COTS בעלי תקן פתוח
אחת הדרכים בהן השוק צמצם עלויות היא לעבור מפתרונות קנייניים סגורים אל פתרונות COTS בעלי תקן פתוח. מגמה זו החלה בשנות ה-1980 המאוחרות וזכתה להסכמה מאחר שהיא מאפשרת למפתחי המערכות להפחית את עלות הפיתוח הכוללת בעזרת סיוע ותחרות של ספקים-רבים כמו גם יכולות שדרוג יותר פשוטות המאפשרות ל-OEMs לחסוך בהשקעת התוכנה המקורית שלהם.
באותה העת הטכנולוגיה הרחיקה את גבולות רמת הביצועים שניתן להשיג בעזרת טכנולוגיית מחשוב IT גנרית. בשעה שיישומים דורשים יותר ויותר I/O, מתכנני המערכות צופים מעבר ל-VME אל פתרונות COTS יותר מתקדמים, כגון VXS ועתה כרטיסים ופלטפורמות מחשוב משובצים מבוססי-VPX. לא הייתה טכנולוגיה שאומצה במידה גדולה מאחר שמערכת אקולוגית של ספקים לא פיתחה מספיק כדי לבנות פתרונות יישומים מלאים לשם פריסה. אולם, VPX אומצה על-ידי ספקים רבים והציעה מגוון רחב של מוצרים המאפשרים למשלבי המערכות לבנות פתרונות יישומים תחרותיים מלאים. והחדשות הטובות הן שהיתרונות של לוח-אם של האותות מרובי-גיגה-בייט של VPX מבוסס-תקן מספק את כוונון היחס של CPU ו-I/O הדרוש כדי להוביל את יישומי מערכת החיישנים מהדור הבא לרמות תפקודיות גבוהות יותר. לא רק ש-VPX מספק רוחב-פס I/O מאוד גבוה על-גבי לוח-האם עם מוצרי תקן פתוח כגון ה-GETH אלא הוא גם מאפשר תקשורת מארז-לשלדה תוך שימוש באותו המבנה. דבר זה מאפשר למפתח היישומים להשתמש באותו המנגנון כדי להגיע לכל חיישן במערכת ללא תלות בשלדה או במרחק בין השלדות.
בדומה לשינויי החומרה במרוצת הזמן, כך אירעו גם שדרוגים משמעותיים של התוכנה. קודם לכן, אתגרי תכנון גברו מתחום המשתנה של OS ושפות הקיימות במערכות הפרוסות כעת. רבות ממערכות אלו התקדמו תוך שימוש ב-OS קנייני ותוכנה וספריות פיתוח במיוחד כדי לתמוך במוצר של משווק יחיד או המשתמשים ב-RTOS בעל מהדר אחד או יותר. בנוסף לזירה המורכבת של תוכנה משובצת, גם חלקים רבים של יישומים צבאיים דרשו להשתמש בשפת אסמבלי כדי להשיג את מטרות הביצועים של המערכת. בנוסף, יישומים רבים דרשו מדרייברים ספציפיים הכתובים עבור המערכת לעבוד עם ה-OS הקנייני. קל לראות שמימושי תוכן מורכבים אלה גרמו לעלויות תמיכה כוללת במערכת הרבה יותר גבוהות ונעלו את הלקוח אל פיתרונות חד-מקור וארכיטקטורות מחשוב מבוססי-משווק מיוחדים.
המערכות נעו מ-OS’s קנייניים מגבילים ותוכנת תקשורת אל תקנים פתוחים דוגמת ה-Linux וה-TCP/IP. בנוסף, הטכנולוגיה סייעה להזיז את גבולות תבנית התוכנה החדשים הזמינים, כעת כדי לסייע לפיתוח של מערכות מורכבות. לדוגמה, מהדרים מהדור הרביעי תוכננו במיוחד כדי להתאים אוטומטית לחלקים מסוימים של יישומים צבאיים. מהדרים של ספקים מוכחים ומנוסים נבנו תוך הבנה מעמיקה של מערכת החומרה. דבר זה משחרר את מפתח התוכנה מלימוד תצורת החומרה כדי למרב ביצועים בארכיטקטורות החדישות של היום. לכן, למפתחי מערכות צבאיות יש יכולות הרבה יותר עוצמתיות המאפשרות להם לטפל בתחום רחב יותר של יישומים. וכדי לענות לאילוצי הזמן והתקציב של סביבת הרכישה של תכניות צבאיות התחרותית של היום, פלטפורמות VPX תקניות וכלי תוכנה הקשורים לכך מהווים משאבים ראויים עבור פיתוח מהיר של מערכות הדגמה/אב-טיפוס.
לצמצם עלויות וסיכון ולקצר את הזמן לשיווק
כדי לענות לצורכי שוק מהיר ויותר תחרותי זה, Kontron מחוייבת לסייע ללקוחות שלה לצמצם את העלות, הסיכון ולוח הזמנים של הפיתוח עבור סוג זה של מערכות. Kontron מבינה שמה שדרוש היא מערכת שלמה יעילה-לעלות הכוללת חומרה, סביבת פיתוח ו-OS, עם יישומים מסופקים המוכנים לאפשר למשתמשים פשוט לחברם ולהשתמש בהם מיד. מערכת המחשוב המשובץ (high performance embedded computing system (HPEC) StarVX) של Kontron מאפשרת למפתחים להציע בדיוק זאת. Kontron מיטיבה את המערכת המודולרית הזאת – HPEC לשמש כפלטפורמה אידיאלית להאצת התכנון והפיתוח של פרופילי אב-טיפוס שונים עבור עיבוד אותות חיישנים ונתונים, רישום מהיר ויישומי שחזור 3D.
מערכת ה-StarVX תוכננה עם היכולת לשנות גודל כנדרש. המפתחים יכולים לא רק להשתמש בStarVX לצורכי אב-טיפוס ודגימה, אלא שהיא גם מספקת את היכולת להתרחב כאשר דרישות היישומים והתפקודיות מתרחבות. במטרה למזער את העלויות עבור המפתחים, ניתן להשתמש במערכת StarVX של Kontron כדי להוכיח את הייתכנות של יישום על-ידי מימוש פשוט של חלק מהיישום. המערכת StarVX של Kontron מציעה יכולת נרחבת לשינוי הגודל, ומציעה את האופציה לשדרג לכל מספר של ממעבדים על-פי הדרישות הסופיות של היישום. אלה הם יתרונות החוסכים עלויות המגנים על ההשקעה הראשונית באב-טיפוס ובאותו הזמן מספקים את היכולת להציג קטע מהמערכת האמיתית אשר יהפוך אולי למערכת הסופית.
להקלת הפיתוח: טכנולוגיות במגמה שלטת המבוססות על תקנים של StarVX
במהלך ארבע השנים האחרונות, Kontron בדקה ביסודיות את התפתחות ה-VPX ותקני לוח-אם אחרים, טכנולוגיות I/O חדשות, מערכות הפעלה ומעבדים, והשוותה את הטכנולוגיות הללו כנגד השוק המשתנה והצרכים של לקוחות ה-Mil/Aero שלה. ממחקר זהיר זה ועבודה עם הלקוחות, החברה פיתחה את המערכת בעלת הארכיטקטורה המודולרית החדשה StarVX. ה-StarVX של Kontron, המבוססת על טכנולוגיה חדישה ותקנים פתוחים, מאפשרת קלות בפיתוח מאחר שלמתכננים יש ניסיון נרחב בעבודה עם כל הטכנולוגיה המשמשת במערכת. StarVX מקלה על הפיתוח מאחר שהיא רק מבוססת על טכנולוגיית IT גנרית דוגמת ה-X86 ,Linux ,TCP/IP ,PCIe, המבטלת פריסות מבוססות נישה ומקטינה את סיכוני ההתיישנות. בעזרת רוחב-הפס I/O הגדול ושקעי ה-IP הקיימים ב-StarVX, המתכננים יכולים להשלים את ה-PoC על שרתי IT מקובלים ויכולים לפרוס את המערכת ללא שינויים, דבר המהווה יתרון עצום.
אין כאן רכיבים תואמים ללקוח או APIs קנייניים שעלולים להוסיף אתגרים בעבודה עם ה-StarVX. מאחר ש-Ethernet הוא התקן הפתוח המקובל ביותר כיום בשוק, Kontron בחרה בו בתור פרדיגמת התכנות המשמשת במערכת ה-StarVX.
תוך ייטוב נוסף של מבנה המתג, Kontron מספקת את השימוש ב-TCP/IP בנוסף ל-PCIe וכתוספת ל-Ethernet בתור מישור הנתונים של המערכת.
StarVX עונה לדרישות המחשוב הצפוף, ה-SWaP המחמיר
אחת מדרישות המפתח עבור כל המערכות המיועדות לשוק הצבאי הוא ה-
(Size, Weight and Power – גודל, משקל והספק). עם השימוש בכרטיסים ומערכות 3U ועם הופעתם של מעבדים חדשים, היישומים יכולים ליהנות מגודל, משקל והספק קטן יותר. כושר העיבוד של כרטיסי ה-3U של היום מציע במהות הרבה יותר כושר עיבוד מאשר מוצרי ה-6U שבעבר. דבר זה מספק פיתרון מחשוב יותר צפוף.
לגבי מערכות העוברות ל-VPX לראשונה, המתכננים מגלים שהמורכבויות של גישה תכנונית זו מתגשמות בשלב מוקדם. במגמה להקטין מורכבויות אלו, לוחות האם 3U מציעים פחות גרסאות ויותר תאימות ליצרן מאחר שרבות מסוגיות אלו מוגבלות למחברי P1 ו-P2 בלבד. בנוסף, הקירור במערכת 3U הוא הרבה יותר יעיל ומהווה משימה קלה יותר מאחר שיש פחות חום להרחיק. ומערכות 3U הן מטבען פחות יקרות מאשר פיתרון של כרטיס 6U. אם היישום מתרחב, כל מה שדרוש לרוב הוא להוסיף כרטיס למערכת בשביל לקבל יותר כושר עיבוד. מתכננים משתמשים לרוב ב-VPX 6U בתור פלטפורמה אחרונה בפריסת יישום כאשר כל ארכיטקטורת המחשוב אומתה וניתנת להתאמה בקלות לגורם צורה 6U קיים. אימוץ גישת תכנון זו עבור פיתוח ה-6U מהווה סיכון מופחת כאשר בוחרים בלוחות-אם VPX וכרטיסי מחשב מיוחדים-ליישום. Kontron תכננה במיוחד את להבי VPX 6Uבעלי הליבה הכפולה בפתרונות מיוטבים לפריסות בעלות שלבים מאוחרים אלה.
לשלוט בטכנולוגיית
לוח-האם
שליטה בתקשורת רבת-גיגה-באוד אמינה בטכנולוגיית לוח-אם תקנית דורשת מיומנויות מאוד מסוימות. בעזרת הטכנולוגיה והמיומנות המתוחכמת שלה, Kontron יכולה לתמוך ב-PCIe Gen3 ו-10GETH בין כל הכרטיסים בלוח-האם של ה-StarVX בכל תחום הפעולות של תכנון מחשב מחמיר. ניתן להשתמש ב-StarVX של Kontron גם בסביבות תפעוליות מורכבות וקיצוניות, ולספק בזה את היכולת להרחיב את גבולות התפעול של לוח-האם. יתרון נוסף הבנוי לתוך ה-StarVX הוא שמתוך הפרופילים הרבים המוכנסים לתוך התקן הפתוח של OpenPX ,Kontron בחרה ברגיל ביותר, תוך הימנעות מהמורכבות הנוספת של מישור היקפי.
משאבים נרחבים לשם זכייה בשלב ה-PoC
Kontron מספקת את המשאבים ואת המיומנות לסייע ללקוחות לטפל בכל ההיבטים של פיתוח ה-PoC. כדי לסייע ללקוחות להתחרות בהצלחה בשלב ה-PoC, להשלמת המערכת StarVX שאושרה מראש, Kontron רכשה ערכה מנצחת מיוטבת, יעילה לעלות, גמישה ובעלת תקן פתוח כגון VPX, Ethernet, מעבדי Intel®, Linux וכלי מהדרי תוכנה המשולבים בתוך StarVX או תומכים בו. מקרה לעניין הוא שמערכת ה-StarVX של Kontron מפעילה Linux, המקטין את זמן הפיתוח ומאפשר צמיחה וניידות כדי לחסוך בהוצאות התוכנה הראשוניות.
מהדר System Wide
(דור רביעי)
הוכחה נוספת של קשרי השותפות הערכיים של Kontron היא המאמצים המשותפים שלה להעביר את משאבי הפיתוח אל הרמה הבאה בעזרת כלים כמו מהדרים מהדור הרביעי הפותרים הרבה קידוד ידני, ניפוי וכיוון עדין של תוכנת יישומים על-ידי הפיכת תכנון זרימת הנתונים לאוטומטי. Kontron שיתפה פעולה עם Gedae עבור המהדר המקבילי החדשני שלהם ®Idea המפשט את התכנון ומקטין את זמן הפיתוח עד כדי מחצית.
פרדיגמה גמישה חדשה זו עבור פיתוח יישומי חיישנים משתמשת בטכנולוגיות חדישות ההופכות לאוטומטיות את פיתוח החיישנים המקבילים ועבודת תוכנת הפריסה.
על-ידי הידור של כל מערכת ה-StarVX במקום רק מעבד יחיד, המהדר של Gedae מציע משאב הגולש מעבר לאב-טיפוס ומאפשר למפתחים לחסוך בהוצאות בניית האב-טיפוס ולהשתמש במהדר כדי לפתח את יתר היישום – שום מאמץ איננו נזרק החוצה.
לתכנן בעזרת StarVX קטן ורק חלק מתכנון היישום עם StarVX כדי לבדוק רק חלק מהיישום?
התחל עם פרופיל מחשב נמוך הדורש רק להבים מספר. המהדר של Gedae ימפה מאוחר יותר את היישום במלואו אל מערכת StarVX גדולה יותר.
המהדר Idea של Gedae פונה רק למערכת המלאה, שלא כמו מהדרים רגילים היוצרים קוד עבור שבב סיליקון בודד. הוא בונה אוטומטית קוד מבוזר מיוטב תוך התחשבות במיפוי האלגוריתם, ארגון הנתונים ומעברי הנתונים כדי לפרוס יישום נתון על הארכיטקטורה של ה-StarVX.
תכונות StarVX מתקדמות
תכנון מודולרי
זיווד 19 אינטש 3U מקורר-אויר עם כוננים במידה שדרושים זיוודים רבים
לוח-אם OpenVPX
אופציות כרטיס מרובות (CPUs, מתגים, נושאי XMC/PMC, GPGPU ו-FPGA)
תוכנה פתוחה (סביבת פיתוח, OS, מישור הנתונים, ספריות, מהדרים דור רביעי)
תוכנה
Linux
TCI/IP עבור כל מישורי נתוני תקשורת ובקרה (בתוך המערכת או בין שילדות מרובות)
MPI
מהדר ™Gedae Idea
כלי פיתוח נוספים/אופציונליים
המפתחים יכולים להשתמש בתוכנה המועדפת שלהם בתור תקן פתוח של כל המערכת
חומרה
פורמט 3U המשלב מעבדים מרובים מדור שלישי Intel®Core™ i7
יכולת להוסיף מזאנינים (קומות-ביניים) XMC/PMC/FMC
פתחות (ports) עבור תקשורת כרטיס-לכרטיס
ניתן להוסיף גם כרטיסים מיוחדים למערכת
אופציות קשוחות ו/או מקוררות בהולכה זמינות
זיוודים מנוהלים – VXControl™SNMP HTTP בעלי ניהול ממורכז
ניתן לממש ולפרוס מערכת StarVX גם בפורמט 6U
פרופילי מחשב StarVX לדוגמה ושימושים
שימוש ברכיבי StarVX מאפשר למשתמש לעצב מערכת מודולרית ומוכנה-לשימוש זו כך שתענה בצורה הטובה ביותר לצורכי היישום. השימושים להלן מספקים דוגמאות ראשוניות במעלה של מימושים עבור יישומי מכ”ם מבוסס-חיישנים וסונאר:
HPEC הגדול ביותר
לוח-אם כפול, PCIe דור שלישי ו-10GETH המחברים 2 מערכים של 6 כרטיסי מטען ייעודי (payload), מבוא 40GETH, מארז מרובה
HPEC בינוני (יוקרתי)
6 כרטיסי מטען ייעודי, 2 מתגים, PCIe דור שלישי, מישור נתונים 10GigE, מבוא 40GigE
HPEC בינוני
שווה-ערך למישור נתונים GETH, PCIe דור שני: זוהי תצורת ברירת המחדל הזמינה כעת.
נא ראה את אתר Kontron לקבלת מידע מפורט
רשם
6 כרטיסי מטען עם כונן אכסון חיצוני בעל ממשק Sata
מחשב לוחמה אלקטרונית
3 CPU’s Intel®, 3 FPGA’s, תוכנת PCIe (מרובת-שורשים), תוכנת GETH
כיצד StarVX יכול לגדול
עם היישום
Kontron אמדה את הטכנולוגיה הקיימת כעת ביחד עם דרישות השוק ואיחדה את המועילים ביותר ביחד אל תוך ה-StarVX תוך התבססות על תקנים פתוחים בלבד. הארכיטקטורה הגנרית IT שלה פירושה שהטכנולוגיה הכלולה בתוך ה-StarVX ידועה היטב על-ידי המפתחים ומאפשרת גישת תכנון פשוטה יותר. Kontron תכננה את מערכת ה-StarVX כך שתהווה פלטפורמה ניתנת להרחבה, מוסמכת מראש ומודולרית המספקת את הגמישות להתרחב מאב-טיפוס PoC עד היישום הסופי. ה-StarXV של Kontron מאפשר פרופילי מחשב ומעטים חיצוניים, והתקנים הפתוחים שלה מרחיבים את הגמישות ויכולת ההרחבה לשם הוספת מוצרים אחרים החיוניים עבור היישום או לנצל את השדרוג לטכנולוגיית CPU החדשה ביותר. ו-Kontron מתכוונת לשדרג בהתמדה את ה-StarVX עם אבני בנייה חדשים.
ה-StarVX של Kontron בשילוב עם המהדר ™Idea של Gidae מביאים את האוטומציה המרבית בפיתוח היישום. חשוב ביותר עבור OEMs המתחרים בשוק התכניות הצבאיות התובעני, הוא מספק יתרון תחרותי המאפשר למתכננים לפתח במהירות אבי-טיפוס של PoC כך שיוכלו להציג את היישום שלהם כדי לצבור אמינות ולזכות בעסקה.
קריאה מומלצת: “ניירות לבנים” אחרים של Kontron: , ,
Pbits.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת איסטרוניקס.
