如何快速滿足航空航天和軍工領域對更高計算能力和更優SWaP的嚴苛...

2021-01-07 EDN電子設計技術

如今，航空、航天和國防等關鍵任務應用的設計面臨著多項挑戰。在這些應用方面，設計人員需要設計出更強大、更複雜的確定性系統，需要在尺寸、重量和功率受限（SWaP）空間中嵌入大量計算能力。而且，這些系統必須採用功能強大的安全關鍵實時作業系統進行管理，從而支持高解析度圖形的顯示，同時還需要減小解決方案的尺寸和功耗，對高可靠性環境進行認證，並滿足合理的上市時間和技術生命周期等要求。要在滿足上述所有要求的情況下再滿足安全關鍵認證的要求，就會使整個系統的總體擁有成本很高。pVhednc

日前，EDN受邀參加了Teledyne e2v（易圖威）公司的專訪，同時觀看了該公司最新的基於其Qormino解決方案的無人機（UAV）系統演示。下面EDN就帶大家了解下諸如無人機等最新關鍵任務應用的強大之處，以及在設計這類系統時如何克服上述種種設計挑戰。pVhednc

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Teledyne e2v數據處理解決方案市場營銷與業務發展負責人Thomas Guillemain介紹Qormino計算平臺（手上）以及Qormino包括軟硬體在內的完整參考平臺（桌上）pVhednc

航空、航天和國防市場發展趨勢

據Teledyne e2v數據處理解決方案市場營銷與業務發展負責人Thomas Guillemain介紹，Qormino解決方案是款非常小巧的計算平臺，它包含PowerPC和Arm Cortex A72兩個版本，尺寸僅為44mm×26mm，前三大應用領域為航空、航天和國防。pVhednc

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Qormino計算平臺尺寸僅為44mm×26mmpVhednc

他表示，e2v從客戶處了解到三個市場發展趨勢：pVhednc

首先，系統中需要嵌入更多的計算能力，以便實現更多要求嚴苛的用戶案例，例如航空領域的密集計算和AI能力，以及在國防系統中加入AI。pVhednc

其次，是改善系統的SWaP（尺寸、重量和功率）。諸如太空中的衛星等許多空間受限應用的尺寸正變得越來越小，也就需要提供更小的晶片組。pVhednc

最後，Teledyne e2v的一個差異化特點是其有能力保障對所有客戶的長期供貨。pVhednc

Qormino解決方案詳解

Qormino是e2v的通用計算機平臺。它是上述市場的關鍵支柱之一，在市場上獲得了高度認可，用戶可以藉此簡化此類系統的開發。Teledyne e2v的QT1040-4GB通用計算機平臺具有以下特點：pVhednc

•NXP T1040 QuadPowerArchitecture e5500內核，頻率為1.4GHz。pVhednc

•4GB DDR4內存。pVhednc

•具有64位內存總線和8位ECC（糾錯碼）的定製Teledyne e2v基板。pVhednc

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Qormino設計用於應對SWaP（尺寸、重量和功率）限制，並且還提供：pVhednc

•以小尺寸基板實現高性能。pVhednc

•減少系統設計時間，縮短上市時間。pVhednc

•15年以上的過時管理可用性。pVhednc

Qormino實現了將高性能處理平臺與DDR4內存的獨特結合，因此不會產生從頭開始設計高速內存接口所面臨的風險。這樣可以減少開發時間和上市時間，而儘快地為客戶提供功能強大的硬體。pVhednc

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Qormino設計套件pVhednc

Teledyne e2v的長期支持承諾也消除了過時管理工作，因此可降低任何相關程序的風險和成本。pVhednc

另據Teledyne e2v中國區技術支持與產品推廣工程師高朋介紹，Teledyne旗下包含多個品牌。 e2v作為其中之一，其實是家法國公司，因此不受美國進出口許可的影響。pVhednc

如上所述，e2v的Qormino計算平臺是基於NXP CPU設計，支持RTOS並提供各種豐富資源。除此之外，e2v的半導體部門還提供高速ADC和DAC等其他產品。與ADI、TI等晶片原廠（主要服務於工業和商業市場）相比，他指出，e2v的特點體現在數十年來在軍工領域的know-how，能夠滿足航空、航天、軍工等領域所提出的高可靠性要求。換句話說，e2v專注的是高精尖。pVhednc

當然，上述無人機演示只是用來展示Qormino計算平臺強大的處理能力，其對各種應用都提供兼容性，應用也不僅限於上述三類市場。pVhednc

e2v耐輻射Quad ARM Cortex-A72空間處理器成功通過100krad TID測試

另外，據了解，Teledyne e2v LS1046空間處理器現已通過嚴格的總輻射劑量（TID）測試，可達100krad。該器件具有四個64位Arm Cortex-A72處理核心，在進行TID測試後依然能夠正常運作。這進一步完善了以往暴露於重離子高達60MeV.cm²/mg以上的環境中獲得的單粒子鎖定（SEL）和單粒子翻轉（SEU）結果。pVhednc

Teledyne e2v LS1046空間處理器基於NXP處理器技術，以高達1.8GHz的頻率運行。它內置了包含8位糾錯碼（ECC）的64位DDR4 SDRAM存儲器控制器，以及在其內核之間共享2MB L2高速緩存。L1和L2高速緩存均受ECC保護，因此可以有效抵抗數據損壞。這款高可靠性處理器採用780球柵陣列BGA封裝，並配備多種嵌入式接口，包括10Gbit乙太網、PCI Express（PCIe）3.0、SPI、I2C、多個UART等。它符合美國宇航局一級要求，可集成在面向空間的單板計算機（SBC）中，一般用於衛星成像相關任務，如處理、調節和圖像數據壓縮，以及超低延遲通信和機載決策（利用AI演算法）等。pVhednc

有賴於最新測試結果，客戶現在能基於更多信息以了解LS1046空間處理器中的內核在嚴苛環境下會如何運行。工程師也可以參考現在已有的詳細測試數據，做出更明智的選擇。TID的結果無疑保證了這些器件被部署到太空後的使用壽命，而SEL/SEU重離子測試結果則為功能完整性提供了更強的信心。pVhednc

e2v的新服務緩解航空航天和國防領域面臨的熱量管理和功率限制難題

另外，e2v在為航空航天、國防客戶解決其高可靠性（Hi-Rel）電子處理平臺的功耗和熱量管理方面取得了進一步進展。該公司在2019年末宣布的服務基礎上擴大服務範圍，以納入幾個關鍵的附加元素。因此，在部署高性能多核處理器的設計團隊，可以享受更多方面的服務來提升設計的裕度。pVhednc

當面對功耗消耗過大和缺乏足夠空間來散發產生的熱量時，工程師必須找到相應的方法來改進他們的設計。而今，在設計概念階段通過與Teledyne e2v合作，客戶的技術團隊有機會更好地評估Teledyne e2v在處理器級別提供的設計裕度，這將有助於他們理解所必需保持的範圍邊界。Teledyne e2v在處理器使用方面的技能和經驗，使其成為在在處理器系統上提高功效或優化熱量管理的首選合作夥伴。pVhednc

通過深入分析應用的總體表現，可以明確最佳方案，以克服功率預算以及與空間使用限制所帶來的潛在挑戰。為了實現這一點，可以查閱諸如處理器CPU負載、核心頻率和結溫等參數的數據。接下來，Teledyne e2v能夠篩選和提供功率優化的處理器，這意味著其可以提供符合標準的最佳配合。如此一來，可以提升性能基準，同時節省電力資源和減少產生熱量。pVhednc

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