SOSA传感器开放系统的架构

作者：MIKE HACKERT，BEN PEDDICORD，DR. ILYA LIPKIN

服务代表社区正在发生一些令人兴奋的事情。来自三个不同项目的代表，分别来自美国国防部（DoD）各一个服务部门，为了一个共同的目标走到一起，通过商定的开放架构标准解决各自的采购问题。以下是一篇由 3 部分组成的文章的第 2 部分，介绍了 SOSA ［传感器开放系统架构］ 联盟的工作。阅读 2019 年 3 月刊《军事嵌入式系统》第 1 部分。

理解这种三服务融合的独特性的最好方法是提供从底层发展中构建的历史视角，使能过去的技术。当前尖端的嵌入式系统基于 VPX 连接器，该连接器在 2003 年左右随着 VITA 46 的开发而开始标准化。VPX 连接器为高带宽、高连接性嵌入式系统背板提供了最先进的技术。它是一个关键的推动因素，允许在IEC-60297-3 Eurocard 6U格式上使用728个引脚，在3U格式电路卡上允许280个引脚，并可选择更换具有更大带宽的卡边缘RF和光纤连接的连接器段。当 OpenVPX 标准在 2010 年被批准为 VITA 65 时，这项技术就发挥了作用;从那时起，随着市场从基于 VME 的传统机箱转换，市场逐年增长，OpenVPX 被广泛采用。

OpenVPX 包括广泛的标准选项，系统设计人员可以在开发过程中从中进行选择。虽然这些选项提供了高度的灵活性来支持广泛的应用，但它们也有可能稀释任何一种设计的市场，通过所有允许的排列有效地创建非标准标准。当然，这是任何开发标准所面临的风险，如果它是在用户采用和足够广泛的应用之前创建的。

HOST（硬件开放系统技术）硬件标准的既定愿景是应用现有的行业标准，有效地为美国国防部（DoD）完成IBM PC标准发布对个人计算的影响。具体来说，IBM PC标准［1］提供了标准接口的定义，以便计算机行业可以专注于通过可以通过这些接口连接的市场生态系统提供功能。这一定义允许从小到大的一系列企业开发新的能力，这些能力可以通过硬件和软件以可承受的价格出售，其开发可以通过随之而来的数量来承担。同样，HOST的既定目标是允许行业停止为新系统重新设计现有技术（例如，环境或引脚布局等略有不同的规格），并将国防部和市场的开发投资重新集中在新的最先进的技术和增值的新功能上。当前的 HOST Tier 2 标准基于 VITA 65 OpenVPX 标准，提供了更高的特异性，并增加了对基本硬件管理的要求（例如，通过 IPMB ［智能平台管理总线］ 或控制平面以太网上的 VITA 46.11）。它还创建第 3 层规范流程，并要求使用它来指定插件模块。这种分层结构如图 1 所示。

图1：主机层结构的应用。

Tier 3规范流程正在开发中，计划在2019年由HOST的最终用户应用和测试（例如，联合攻击战斗机计划办公室和NAVAIR的PMA 209支持开发用于许多遗留平台的替代任务计算机）。可以将第 3 层规范视为模块级组件规范，它既包括满足第 2 层标准要求的方式，也包括模块或有效负载功能的其他要求。HOST 模块的定义还允许 HOST 夹层的规范：通过适当的设计和功能分解，可以通过选择不同的 HOST 夹层来重新配置基本 HOST 插件模块以获得新的有效负载功能。如果编写得当，第 3 层规范将允许采购机构创建由第 3 层规范指定的模块构建的产品系列。这种一般采购权限可以包括任何需要、设计或构建嵌入式系统的人（例如，主承包商或服务平台、系统设计师或集成商，或为客户构建系统的合同制造商）。

然后，产品线经理可以使用他们选择的一组 Tier 3 规范，通过基于标准插件模块和夹层构建的定制设计来满足客户的性能需求。HOST为客户带来的好处包括通过使用标准化模块（不需要为每个应用程序重新设计）来降低成本的硬件，特别是如果它们可以跨产品线和/或跨采购机构或服务共享。对行业的好处包括标准模块（例如，电源、交换机和单板计算机）的产量增加，以及市场一致性的更大一致性，从而收回开发成本。

此外，通过了解客户选择的接口，可以开发新产品以连接到旧系统，以便升级到新型号只需一点集成工作即可创建新的软件负载和低成本的卡交换（即更简单的物流），而不是获得批准和资金用于主要收购计划。当与FACE（未来机载计算环境标准）等旨在从底层硬件中抽象应用软件（最终提供功能）的努力相结合时，工业界将了解现有模块的接口，并能够使用研发来开发下一代技术（例如，随着新处理器芯片的推出或FPGA系列中的下一个芯片的发布），以便能够进行规划。以获得更频繁的技术更新。换句话说，通用接口将允许客户和行业将通用构建块商品化，而不是为每个新应用程序重新设计每个自定义卡，以便将不断减少的开发资金集中在更大的增值能力创造上。

CMOSS和射频应用标准的完善

陆军历来将C4ISR（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察）能力作为单个平台上的众多独立“盒子”来实现。由于复杂的集成挑战、缺乏竞争和专有接口，这种方法使得升级功能或跟上商业技术的步伐变得困难。在许多情况下，烟囱式系统消耗的尺寸、重量和功率（SWaP）比目前可用的要大，因此需要昂贵且耗时的车辆重新设计。

CMOSS ［C4ISR/EW 模块化开放标准套件］ 定义了通用 A 套件（或用于互连的线束），无需特定于平台的集成，因为功能可以在通用机箱和使用现有布线的组件中作为卡进行现场。通用 A-kit 的概念是一种改变游戏规则的方法，因为它确保了跨多个平台的通用性，同时允许快速插入最新的 C4ISR 功能。这种通用A-kit建立在开放标准的基础上，使士兵能够进行下一场战斗，同时在生命周期的采购和维护阶段节省大量成本。

CMOSS彻底改变了维持，因为由于通用备件，物流尾部可以更小，而单位成本可以通过更大的竞争和规模经济来降低。维护组织将不再需要购买足够的备件来持续 30+ 年，因为他们可以通过备件进行现代化改造，并每五到十年或更短时间升级到最新的硬件。

CMOSS定义了一个开放式架构，通过支持硬件和软件组件的共享来减少C4ISR系统的SWaP占用空间。具有开放接口的明确定义的组件不仅允许快速插入技术以跟上新兴需求的步伐，而且还允许快速实施创新但计划外的功能。开放式架构由一套分层标准组成，这些标准单独有用，可以组合成一个整体的融合架构。

CMOSS 标准套件包括：

基于网络的互操作性，使用 VICTORY ［用于 C4ISR/EW 互操作性的车辆集成］ 来共享时间和位置等服务
使用 OpenVPX 将功能作为卡在通用机箱中作为卡的硬件外形
使用MORA（模块化开放式射频架构）进行功能分解，以共享天线和放大器等资源
软件框架，如REDHAWK ，软件通信架构（SCA ）和FACE，以实现软件可移植性

VICTORY和MORA之间的联系可以在图4中更容易看到。

图4：CMOSS将胜利和莫拉联系在一起。

CERDEC 正在与行业和学术合作伙伴合作，通过在融合架构中开发参考实现来定义和完善 CMOSS 标准。这些活动包括与坦克汽车研究、开发和工程中心（TARDEC）协调，以集成和演示战术车辆的参考实施。

CERDEC正在利用CMOSS开发其产品组合中的能力;这些活动不仅将进一步完善架构，还将促进向记录程序的技术过渡。CERDEC 正在积极与采购界合作，将 CMOSS 要求纳入当前和新兴计划。

任何开放标准成功的关键组成部分是其维持。为此，CERDEC正在积极参与相关的标准机构，以解决新出现的需求和技术问题。CERDEC还与其他服务部门合作，以协调开放式架构活动，并实现通用硬件和功能的采购：CMOSS已被纳入空军的传感器开放系统架构（SOSA）标准，并与海军的HOST标准保持一致。

SOSA 和最终用户嵌入式系统要求的融合

作为一个合作行业论坛，SOSA的既定目标是降低技术开发和部署的生命周期成本，并减少比传统的烟囱式平台方法更快地部署新功能所需的时间。这种合作包括启用和/或提供下一个功能的基础技术，包括硬件（例如插件模块）和逻辑（例如软件和固件）。这些目标与HOST和CMOSS的目标相似 - 也就是说，所有三项努力都在有效地尝试实现降低成本和更快能力转换的相同目标 - 因此SOSA成为一个合乎逻辑的总体组织，这两项努力可以在此基础上汇合。作为一个开放组织联盟，SOSA也从过去成功的开放架构计划中学到的东西中受益，并学习如何避免过去不成功的标准的错误。例如，SOSA在FACE联盟下孵化，以利用经验教训，成员结构，并开发有价值的初始流程，这些流程需要FACE多年的开发和积累。在FACE联盟下，SOSA能够在航空电子设备和传感器领域之间建立一个共同的生态系统，进一步提高两者的互操作性。