品质规范/采购/测试
军规计算机必须符合严格的规范，加上采购法令、程
序繁琐，在测试以及行政程序上往往花费极长的时间； 军规计算机产量不可能达到经济批量、必须自行建立 一套软硬件架构，导致军规计算机的价格十分高昂
FPGA-DSP base 的特色
具有指令周期、扩充性、兼容性的性能。
Xilinx; (另外Altera; Alctel) FPGAs 供货商
恶劣环境下的运作能力也有一定水平 。 但美国海军最初还是对COTS充满疑虑，限定其只能用于支 持性的用途，跟作战直接相关的部分仍由军规计算机掌控； 此外，考虑到系统的稳定性，美国海军仍不开放。随着技术 与使用经验的不断累积，加固COTS计算机已经逐渐能担任 海军直接作战任务，取代军规系统。 美国空军空用电子与陆军战场则是对COTS持保留态度,并应 用产品品保制度自制与委制相对是用与稳定的计算机系统, 已军方大环境的观点,把环境复杂度与数据处理等级等因素 加入后,大量使用军规FPGA与DSP组件,完成军规计算机,缩小 体积,增加可靠度与产能,制造度更是获得改善,提升COTS的整 体性能与绩效评估。 商规计算机与军规计算机各有其优势与适用性。
FPU
Memory controller
Microblaze processor
PCIex1
Glue logic Area (Supported by Xilinx)
Base Platform
Domain Specific
Market Specific
Memory
CPU
Xilinx FPGA 产品线 特性比较
军用计算机科技趋势与产业应用
全科科技 陈以昌
Agenda
军用计算机的技术与功能简介
商规计算机的演进与军规计算机的应用趋势
军规FPGA 功能与国防航天电子产品 军用计算机科技对民生应用与产业结合
军用计算机
计算机 = 计算器
多核运算; How?
处理速度与带宽的增加; How 军规;军用; 特点与规范?
SXT
FXT
Yes Yes
Yes 逻辑 高密度ASIC原 Yes 型逻辑 通用处理 高性能处理 数字信号处理 (DSP) Yes
Yes
Yes Yes Yes Yes Yes Yes
低功耗串行I/O
高性能串行I/O 片上系统设计
F-xx战斗机任务计算器 (范例)
任务计算器
航天任务计算器
地面战术导航资料 VIRTEX-5Q 航天载具GPS资料 1553B Bus Controller
Suspend Modes
SPI
Watch dog DRAM
Timer/Counter FLASH controller
MMU
Analog Input
LCD/LED
Motor control Bridge/Feed back Optional Crystal Oscillator
FLASH
DDR/DD R2/DDR3
以太网媒体访问控制器 -500 MHz DSP48E slice 32-192
PowerPC®440处理器模 -块 系统监控器和模数转换 Yes 器 Sparse chevron封装技术 Yes 增强型配置和比特流保 Yes 护
军用产品级Virtex-5Q平台对比列表
系统要求 LX LXT
Yes Yes Yes
抬头显示( HUD) 飞弹姿态计算 目标雷达数据
飞行员操作接口控 制信号
电源与飞弹发射单元控制
军规;军用; 特点与规范
军规特点
充分考虑严苛的实战环境与状况，在可靠性、可维修
性、安全性、在恶劣环境下的运作能力(军规计算机 而言需考虑湿热、霉菌侵蚀、盐雾、震动摇摆以及电 磁兼容性(EMC)等环境)等方面有非常高的要求 商规产品即使经过加固也达不到军规的耐用标准。
产业结合
监控产业
航海船舶
车辆电子 Data collector
工控产业
产业分析(航海船舶)
声纳/地形水文 /GPS绘图与辨识与 纪录
声纳/鱼群监测/ 图像处理
航行计算机/涡轮/ 致动器控制
雷达/导航/GPS整 合
图像处理 /通讯/GPS
产业分析(车辆电子)
惯性单元/GPS导航 与地理信息系统
多达576个
超过40种 DCM + PLL 高达4.8Mb
I/O多达519个
超过20种 DCM 高达1.8Mb
嵌入式Block RAM 高达38Mb 有（25 x 18 MAC ） 6.5 Gbps、超过 11Gbps Gen 1, x8,硬 PCI Express® 技术 Gen 2, x8,硬 MicroBlaze™软处 有 理器 用于DSP的嵌入 式乘法器 千兆位级高速串 行





雷达
安全解决方案 信号情报 UAV

用于控制台处理的嵌入式 PowerPC 处理器模块 用于目标识别和交战的图像处理 IP 现有 UAV 的制导与导航控制
内嵌式FPGA特点
航天 军警 产业
航海 船舶 产业
车辆 电子 产业
机械 电子 产业
能源 /工 业控 制 产业
医疗 工业 产业
有（18 x 18 MAC 有（18 x 18 MAC ） ） 3.125 Gbps Gen 1, x1,硬 有 无 无 有
军规FPGA 功能与国防航天电子产品
军用产品级Virtex® -5Q系列提供了最广泛的、面向
任务关键型航天和军事应用的可重程序设计器件选 择。军用产品级Virtex-5Q系列是A&D行业独有的， 包括4种专用军用产品级FPGA。 分类与设计评估
LX -航天和军事应用高性能逻辑 LXT -航天和军事应用高性能逻辑和连接功能 SXT -航天和军事应用针对数位信号处理进行了优化 FXT -航天和军事应用针对嵌入式处理进行了优化
军用产品级Virtex-5Q FPGA的特性
特性 LX LXT Yes 1-6 936-11,664 SXT Yes 2-6 3,024-18,576 FXT Yes 2-6 2,448-16,416 带有6-输入LUT的 Yes ExpressFabric架构 500 MHz时钟控制与管 2-6 理档（2DCM + 1PLL） 500 MHz block RAM 1.25 Gbps SelectIO™技术 RocketIO™ GTP收发器 -RocketIO GTX收发器 PCI Express® 端点模块 --4-24 -1 2-4 24-192 -Yes Yes Yes 8-24 -1 4 192-1,056 -Yes Yes Yes -8-24 1-4 4-8 64-320 1-2 Yes Yes Yes 1,152-10,368
特性 逻辑单元 Virtex-6 多达760,000个 Virtex-5 多达330,000个 Spartan-6 多达150,000个 Spartan-3A延伸 系列 多达53,000个
用户I/O
支持的I/O标准 时钟管理技术
多达1200个
超过40种 PLL
多达1200个
超过40种 DCM + PLL 高达18Mb 有（25 x 18 MAC ） 3.75 Gbps、6.5 Gbps Gen 1, x8,硬 Gen 2, x8,软 有
工业无线控制模块
户外型控制电源与 信号主机
太阳能电源管理
无线/手持的各类 信号测试器
风力发电能源管理
民生应用的军事科技整合
国土安全/自然灾害预防与恢复/
绿能/节能环境/替代能
通讯/视讯与语音 大型系统计划能力与管理
监控/工控/医疗/车辆/船舶/飞机
机械人/微机电系统/ 其他
Xilinx FPGAs发展成本降低;时间更短
Ethernet PHY 10/100/1K
Industrial Networking Protocols AES & Device Security
UART UART
RS232 RS485 CAN
Industrial I/O
GPIO GPIO
Motor control Algorithm PID;PWM Clock Management
哪些地方用军规计算机?思考 from 一般产业观点
通常依据使用场合;情境;环境;资料量;系统大小;定
义商用计算机与军用计算机,使用者的定义是专业
的,与具长期经验的。
军用更可以说仅是科学与工程的一支。
技术平台
定义
COTS (商规;工规计算机;军规),如Intel base
FPGA-DSP base(与军规计算机处理客制化相关的缩装
电路;具有商规;工规;军规组件与IC化处理能力)
整合平台: COTS + FPGA-DSP base
OS Middleware
商规计算机演进与军规计算机
商规计算机技术(Commercial Off-The-Shelf，COTS)就
是直接利用民间市场上现成的计算机产品，经过某 种程度的加固(Ruggedized)后被军方的武器系统使用。
民间信息科技进步神速，以往军规计算机不断地进
行性能提升，结果依旧远远落在民间科技，指令周 期、扩充性、兼容性等落差太大。
商规产品另一个好处就是在市场上随时能买到现货，
购置、维修替换或升级都很方便，成本也低廉得多 台湾上市公司,茂讯/研华/瑞传/凌华/融程…
商规计算机演进与军规计算机
加固COTS组件的性能优良、成本表现出色，而且可靠度与
/防盗监测/ 图像处理
行车计算机/胎压 管理系统 传感器(安全气曩; 倒车雷达;影像 CMOS;压力; 震动; 限制开关)