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如何快速满足航空航天和军工领域对更高计算能力和更优SWaP的严苛要求

2021-01-04 赵明灿 阅读:
如今,航空、航天和国防等关键任务应用的设计面临着多项挑战。在这些应用方面,设计人员需要设计出更强大、更复杂的确定性系统,需要在尺寸、重量和功率受限(SWaP)空间中嵌入大量计算能力…那么,设计人员如何快速满足这些需求?

如今,航空、航天和国防等关键任务应用的设计面临着多项挑战。在这些应用方面,设计人员需要设计出更强大、更复杂的确定性系统,需要在尺寸、重量和功率受限(SWaP)空间中嵌入大量计算能力。而且,这些系统必须采用功能强大的安全关键实时操作系统进行管理,从而支持高分辨率图形的显示,同时还需要减小解决方案的尺寸和功耗,对高可靠性环境进行认证,并满足合理的上市时间和技术生命周期等要求。要在满足上述所有要求的情况下再满足安全关键认证的要求,就会使整个系统的总体拥有成本很高。NZNednc

日前,EDN受邀参加了Teledyne e2v(易图威)公司的专访,同时观看了该公司最新的基于其Qormino解决方案的无人机(UAV)系统演示。下面EDN就带大家了解下诸如无人机等最新关键任务应用的强大之处,以及在设计这类系统时如何克服上述种种设计挑战。NZNednc

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Teledyne e2v数据处理解决方案市场营销与业务发展负责人Thomas Guillemain介绍Qormino计算平台(手上)以及Qormino包括软硬件在内的完整参考平台(桌上)NZNednc

航空、航天和国防市场发展趋势

据Teledyne e2v数据处理解决方案市场营销与业务发展负责人Thomas Guillemain介绍,Qormino解决方案是款非常小巧的计算平台,它包含PowerPC和Arm Cortex A72两个版本,尺寸仅为44mm×26mm,前三大应用领域为航空、航天和国防。NZNednc

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Qormino计算平台尺寸仅为44mm×26mmNZNednc

他表示,e2v从客户处了解到三个市场发展趋势:NZNednc

首先,系统中需要嵌入更多的计算能力,以便实现更多要求严苛的用户案例,例如航空领域的密集计算和AI能力,以及在国防系统中加入AI。NZNednc

其次,是改善系统的SWaP(尺寸、重量和功率)。诸如太空中的卫星等许多空间受限应用的尺寸正变得越来越小,也就需要提供更小的芯片组。NZNednc

最后,Teledyne e2v的一个差异化特点是其有能力保障对所有客户的长期供货。NZNednc

Qormino解决方案详解

Qormino是e2v的通用计算机平台。它是上述市场的关键支柱之一,在市场上获得了高度认可,用户可以借此简化此类系统的开发。Teledyne e2v的QT1040-4GB通用计算机平台具有以下特点:NZNednc

•NXP T1040 QuadPowerArchitecture e5500内核,频率为1.4GHz。NZNednc

•4GB DDR4内存。NZNednc

•具有64位内存总线和8位ECC(纠错码)的定制Teledyne e2v基板。NZNednc

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Qormino设计用于应对SWaP(尺寸、重量和功率)限制,并且还提供:NZNednc

•以小尺寸基板实现高性能。NZNednc

•减少系统设计时间,缩短上市时间。NZNednc

•15年以上的过时管理可用性。NZNednc

Qormino实现了将高性能处理平台与DDR4内存的独特结合,因此不会产生从头开始设计高速内存接口所面临的风险。这样可以减少开发时间和上市时间,而尽快地为客户提供功能强大的硬件。NZNednc

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Qormino设计套件NZNednc

Teledyne e2v的长期支持承诺也消除了过时管理工作,因此可降低任何相关程序的风险和成本。NZNednc

另据Teledyne e2v中国区技术支持与产品推广工程师高朋介绍,Teledyne旗下包含多个品牌。 e2v作为其中之一,其实是家法国公司,因此不受美国进出口许可的影响。NZNednc

如上所述,e2v的Qormino计算平台是基于NXP CPU设计,支持RTOS并提供各种丰富资源。除此之外,e2v的半导体部门还提供高速ADC和DAC等其他产品。与ADI、TI等芯片原厂(主要服务于工业和商业市场)相比,他指出,e2v的特点体现在数十年来在军工领域的know-how,能够满足航空、航天、军工等领域所提出的高可靠性要求。换句话说,e2v专注的是高精尖。NZNednc

当然,上述无人机演示只是用来展示Qormino计算平台强大的处理能力,其对各种应用都提供兼容性,应用也不仅限于上述三类市场。NZNednc

e2v耐辐射Quad ARM Cortex-A72空间处理器成功通过100krad TID测试

另外,据了解,Teledyne e2v LS1046空间处理器现已通过严格的总辐射剂量(TID)测试,可达100krad。该器件具有四个64位Arm Cortex-A72处理核心,在进行TID测试后依然能够正常运作。这进一步完善了以往暴露于重离子高达60MeV.cm²/mg以上的环境中获得的单粒子锁定(SEL)和单粒子翻转(SEU)结果。NZNednc

Teledyne e2v LS1046空间处理器基于NXP处理器技术,以高达1.8GHz的频率运行。它内置了包含8位纠错码(ECC)的64位DDR4 SDRAM存储器控制器,以及在其内核之间共享2MB L2高速缓存。L1和L2高速缓存均受ECC保护,因此可以有效抵抗数据损坏。这款高可靠性处理器采用780球栅阵列BGA封装,并配备多种嵌入式接口,包括10Gbit以太网、PCI Express(PCIe)3.0、SPI、I2C、多个UART等。它符合美国宇航局一级要求,可集成在面向空间的单板计算机(SBC)中,一般用于卫星成像相关任务,如处理、调节和图像数据压缩,以及超低延迟通信和机载决策(利用AI演算法)等。NZNednc

有赖于最新测试结果,客户现在能基于更多信息以了解LS1046空间处理器中的内核在严苛环境下会如何运行。工程师也可以参考现在已有的详细测试数据,做出更明智的选择。TID的结果无疑保证了这些器件被部署到太空后的使用寿命,而SEL/SEU重离子测试结果则为功能完整性提供了更强的信心。NZNednc

e2v的新服务缓解航空航天和国防领域面临的热量管理和功率限制难题

另外,e2v在为航空航天、国防客户解决其高可靠性(Hi-Rel)电子处理平台的功耗和热量管理方面取得了进一步进展。该公司在2019年末宣布的服务基础上扩大服务范围,以纳入几个关键的附加元素。因此,在部署高性能多核处理器的设计团队,可以享受更多方面的服务来提升设计的裕度。NZNednc

当面对功耗消耗过大和缺乏足够空间来散发产生的热量时,工程师必须找到相应的方法来改进他们的设计。而今,在设计概念阶段通过与Teledyne e2v合作,客户的技术团队有机会更好地评估Teledyne e2v在处理器级别提供的设计裕度,这将有助于他们理解所必需保持的范围边界。Teledyne e2v在处理器使用方面的技能和经验,使其成为在在处理器系统上提高功效或优化热量管理的首选合作伙伴。NZNednc

通过深入分析应用的总体表现,可以明确最佳方案,以克服功率预算以及与空间使用限制所带来的潜在挑战。为了实现这一点,可以查阅诸如处理器CPU负载、核心频率和结温等参数的数据。接下来,Teledyne e2v能够筛选和提供功率优化的处理器,这意味着其可以提供符合标准的最佳配合。如此一来,可以提升性能基准,同时节省电力资源和减少产生热量。NZNednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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