國防計劃面臨著提供先進的下一代功能并快速交付這些功能的壓力。這包括軍事通信，導彈防御計劃，尤其是ISR計劃。用國防部長羅伯特·蓋茨的話來說，“我們的傳統現代化計劃在幾年內尋求99%的解決方案。我們所處的戰爭需要在幾個月內解決75%的問題。

蓋茨部長正在努力推動更快的項目部署，因為新技術可以給我們的作戰人員帶來優勢。例如，安裝在無人機上的先進光電攝像機可以提供叛亂部隊占領地區的精細圖像。如果這些圖像可以與來自SIGINT系統的數據相結合，結果將是正在發生的事情以及正在發生的事情和發生地點的豐富圖片。新的ISR計劃正在設計中，通過實時組合來自不同類型傳感器的數據，向作戰人員提供此類有價值的信息。

強大、靈活、可配置的嵌入式計算對于提供這些下一代功能至關重要。新的傳感器，包括光電攝像頭、SIGINT天線和復雜的雷達，正在產生必須實時處理的大量數據。然后，需要更多的處理來執行復雜的算法，這些算法可以同步和組合來自多個傳感器的輸出。計算子系統必須提供強大的實時處理，并且還支持靈活的配置，可以處理不同類型的處理和許多I / O協議。

應對這些挑戰需要一個由各種處理、I/O 和存儲選項支持的嵌入式計算架構。從行業角度來看，這意味著一個強大的生態系統，擁有大量兼容的選擇。要應對計算挑戰并滿足壓縮的交付計劃，就需要選擇該生態系統的組件，將其設計為功能子系統，以可預測的方式進行集成、測試、調試，并最終以可預測的方式進行部署，而不會產生不必要的風險。OpenVPX （VITA 65） 標準滿足了這些要求，定義了由強大且不斷增長的生態系統支持的嵌入式計算架構。

開放 VPX 生態系統迅速成熟

在2009年和2010年，OpenVPX標準在系統級成熟度和生態系統的廣度方面都取得了巨大的進步。首先，OpenVPX 行業工作組是 VITA 成員國防和航空航天主承包商以及嵌入式計算系統供應商的聯盟，他們齊聚一堂，共同解決 VPX （VITA 46） 系統級互操作性問題。許多原始的 VPX 子規范（稱為“點規范”）都是在沒有支持多供應商互操作性的自上而下的系統級方法的情況下開發的（圖 1）。因此，使用來自多個供應商的組件進行 VPX 實現的初始嘗試很難在系統級別進行集成、互操作和指定。解決了此問題。

圖 1：VITA 46.0 和 VITA 46.x 點式規范矩陣

工作組開發的開放VPX規范已發布到VITA中的VITA 65工作組，并于2010年6月將OpenVPX系統規范批準為ANSI / VITA 65.0-2010，將OpenVPX描述為“。..該架構框架定義了多供應商、多模塊、集成系統環境的系統級 VPX 互操作性。

OpenVPX 使用平面、管道和輪廓的概念為互操作性提供基于標準的基礎。它定義了用于實用程序、管理、控制、數據和擴展的多個平面，以及用于串行通信的各種尺寸的管道。規范中還有幾種類型的結構和層次結構配置文件（插槽配置文件、背板配置文件、模塊配置文件和開發機箱配置文件）。背板配置文件定義背板拓撲（類型：集中式和分布式交換以及主機/從站）。

通過使用 OpenVPX 擴展 VPX，業界齊心協力，專注于系統級互操作性。早在最終批準之前，參與創建OpenVPX的技術供應商以及許多其他公司就開始設計，開發和交付符合OpenVPX標準的產品，迅速創建了一個不斷增長的生態系統。僅部分列表包括：

比特軟件信號處理系統 – FPGA 和 DSP 處理模塊

并行技術 – 英特爾處理和存儲模塊以及 XMC 載卡

艾瑪·布斯尼克 – 背板/底盤

極限工程解決方案 – 電源架構處理和開發機箱

GE 智能平臺 – 電源架構和英特爾處理模塊、XMC 載卡、以太網交換機和機箱

控創 – 英特爾處理、GbE 交換機和開發機箱

水星計算機系統 – 實現電源架構的處理模塊、英特爾、FPGA 和 GPU 組件、帶 A/D 轉換的數字接收器、XMC 載卡以及 RapidIO 和以太網交換機

TEK 微系統 – FPGA 處理和模數轉換器

跟蹤韋爾系統 – 開發機箱和可部署機箱

為開放式 VPX 設計做出決策

然而，盡管有其設計優勢和生態系統，OpenVPX并不是即時創建嵌入式計算子系統的神奇靈丹妙藥。將 OpenVPX 生態系統中的組件集成到可部署的子系統中，仍然需要涵蓋計算技術和應用程序特定需求的專業知識。

首先，存在子系統設計的挑戰。僅舉一個例子，在OpenVPX標準下工作的設計人員必須決定背板拓撲結構。此決策需要了解系統內通信技術，如交換機結構。該決策還涉及對應用程序數據流的了解。在了解技術和應用的情況下，設計人員可以選擇最佳的背板方法。OpenVPX 背板配置文件決定將排除某些組件，而其他組件則仍然可行。

在 OpenVPX 設計中，這種類型的決策在平面、管道和輪廓的上下文中重復多次。它需要技能和經驗來創建針對特定應用的最佳性能而優化的子系統設計。該階段完成后，下一步是選擇最佳組件。

組件選擇過程

市場上提供了大量深度和多樣性的開放VPX技術組件;從這些品種中做出正確的選擇是開發應用程序優化設計的關鍵部分。雖然保持在特定供應商產品線的“舒適區”內通常很誘人，但提供最大價值的唯一方法是仔細評估生態系統中的所有選項。對于每種類型的組件-背板、載卡、電源、處理模塊等），有必要將可用組件與所需組件進行比較，并采用“同類最佳”的方法來選擇。

性能數字對于此評估非常重要，但SWaP參數、接口兼容性、軟件支持、可靠性特征和環境限制也很重要。有效的組件選擇需要全面了解應用程序的目標、系統要求和相關限制。與任何復雜的設計活動一樣，經驗具有很大的好處。水星最近參與了一個子系統設計工作，以說明這一過程。

開放式虛擬現實生態系統 – 無人機案例研究

無人機平臺需要圖像和信號處理器來處理、利用和傳播大量多傳感器數據。需要用于多圖像處理、圖像壓縮和取證數據存儲的新技術。實現 SWaP 和 QRC 進度要求對于計劃的成功也至關重要。我們確定，將子系統設計基于 OpenVPX 是統一多個技術供應商的努力并仍然按計劃創建功能強大、可互操作的子系統的最佳方式。

由于所有供應商都使用OpenVPX規范，因此使用了一種通用的“語言”，這大大減少了電路板，機箱和背板供應商的響應時間。夾層卡載體模塊、JPEG 壓縮模塊和新型處理模塊均被選中，并成功集成到適當尺寸的背板和機箱組合中。在成功完成初始現場測試后，該計劃已進入下一階段。

開放 VPX 已準備好支持下一代程序

國防部致力于推動更多快速部署先進能力以支持作戰人員的計劃;這一承諾的一個結果是需要基于基于標準的強大生態系統構建的強大集成嵌入式計算子系統。

OpenVPX標準專注于組件互操作性，為更快，風險更低的復雜新子系統的開發提供了堅實的基礎，這些子系統將滿足這些需求。使用平面、管道和輪廓的 OpenVPX 概念，系統架構師和設計人員可以定義經過優化以滿足一組特定應用要求的技術，并且還具有明確的組件互操作性參數。

超過30家供應商已經生產出符合OpenVPX的組件，創建了一個支持OpenVPX設計的可靠且快速增長的生態系統。生態系統選擇包括多種樣式的處理模塊、夾層載體、存儲卡、I/O 接口、交換矩陣交換機、背板和機箱。在開發優化設計后，子系統開發人員必須仔細評估并從這個可用的生態系統中選擇最佳的組件。

優化的 OpenVPX 設計和有效的組件選擇相結合，為開發人員提供了一個靈活但可重復的流程，用于創建下一代嵌入式解決方案。

審核編輯：郭婷