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計(jì)算機(jī)從它誕生之日起，就開始用于軍事領(lǐng)域。隨著軍事科學(xué)、武器裝備系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軍用計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為軍隊(duì)作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵因素，軍用計(jì)算機(jī)的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用水平是衡量一個(gè)國家國防現(xiàn)代化和軍事實(shí)力的重要尺度。軍用計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為各種現(xiàn)代化武器裝備系統(tǒng)、軍事電子信息系統(tǒng)以及國防科研系統(tǒng)中不可缺少的、到處可見的設(shè)備。小到嵌入式的微處理器，大到百萬億次級(jí)的高性能計(jì)算機(jī)已廣泛用于各種武器裝備和國防科研之中。而軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)在軍用計(jì)算機(jī)中占有極其重要的地位，所有戰(zhàn)場上用的計(jì)算機(jī)全是抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)，它們是最具軍用特色的計(jì)算機(jī)。

1軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

由于軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)是包括戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、戰(zhàn)車、火炮以及綜合電子信息系統(tǒng)在內(nèi)的各種武器裝備的一部分，因此有其鮮明的特點(diǎn)：

（1）抗惡劣環(huán)境

各類戰(zhàn)場上使用的計(jì)算機(jī)有著一個(gè)共同特點(diǎn)，就是使用環(huán)境極其惡劣，僅以溫度為例，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用從熱帶海洋性氣候、大陸干燥氣候到寒帶大陸性氣候，其溫差變化達(dá)數(shù)十?dāng)z氏度。因此無論是戰(zhàn)場上直接使用的計(jì)算機(jī)，還是運(yùn)載工具上使用的計(jì)算機(jī)，都應(yīng)當(dāng)考慮惡劣的使用環(huán)境。計(jì)算機(jī)要經(jīng)受嚴(yán)寒、高溫、濕熱、振動(dòng)、沖擊、暴曬、雨淋、砂塵、雷電的考驗(yàn)，以及鹽霧、霉菌、生物蛀蟲的侵蝕帶來的影響等。

（2）強(qiáng)實(shí)時(shí)性

較強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，武器裝備系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)主要功能就是要完成實(shí)時(shí)處理，要求中斷響應(yīng)時(shí)間短、運(yùn)算速度快及具有高速數(shù)據(jù)傳輸率等。以防空導(dǎo)彈指揮控制系統(tǒng)為例，整個(gè)防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)其中的指揮控制系統(tǒng)的要求是：反應(yīng)時(shí)間短，能對(duì)付高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的大規(guī)模密集空襲；在戰(zhàn)術(shù)上能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)和區(qū)域防御；實(shí)現(xiàn)多個(gè)火力單元、多種武器配系的協(xié)同作戰(zhàn)；有效的大范圍戰(zhàn)場管理等。這就要求指揮控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)有非常強(qiáng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

   （3）高可靠性

導(dǎo)彈、、戰(zhàn)機(jī)、艦艇、戰(zhàn)車以及軍事綜合電子信息系統(tǒng)（C4ISR）等軍事裝備均是復(fù)雜、昂貴的大系統(tǒng)，它的可靠性在軍事、經(jīng)濟(jì)、政治、人民生命財(cái)產(chǎn)安全上都有重大意義。而計(jì)算機(jī)是這些系統(tǒng)的控制核心，對(duì)它們的高可靠性要求是顯而易見的。

（4）高安全性

長期以來計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)追求的主要是提高信息處理能力和降低成本，對(duì)軍用計(jì)算機(jī)還有抗惡劣環(huán)境。而對(duì)于安全問題重視不夠，留下許多不安全因素。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的普及和應(yīng)用，病毒、黑客、電磁泄漏等安全事件層出不窮，而且越演越烈。尤其在信息化作戰(zhàn)中，計(jì)算機(jī)為核心的信息系統(tǒng)是敵人攻擊的重點(diǎn)目標(biāo)。因此，高安全性也是軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)必須具備的性能。

（5）嵌入式

軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)是整個(gè)武器系統(tǒng)的組成部分，對(duì)硬件、軟件和輸入/輸出接口均有特殊要求。硬件除功能、性能須滿足要求外，還必須在體積、功耗、質(zhì)量、形狀等方面滿足要求。輸入/輸出接口眾多，既有數(shù)字量，又有模擬量、開關(guān)量。編制可靠、有效的嵌入式作戰(zhàn)軟件更是非常復(fù)雜、繁重的任務(wù)。

2軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)在武器裝備中的應(yīng)用方向

20世紀(jì)末，電子信息技術(shù)與裝備造價(jià)的比例，艦艇為25%～30%，導(dǎo)彈接近60%，軍用飛機(jī)接近40%，戰(zhàn)略轟炸機(jī)和隱形飛機(jī)超過60%，空間武器達(dá)75%，而軍事指揮控制系統(tǒng)（C4ISR）竟高達(dá)88%。美國電子協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，到2010年，西方國家所有武器裝備上述比例的平均值將超過50%。電子信息技術(shù)含量高低已經(jīng)成為衡量武器裝備性能優(yōu)劣和現(xiàn)代化水平高低的最重要的標(biāo)志。

從20世紀(jì)90年代初開始至今以及今后若干年內(nèi)軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)在武器裝備中的應(yīng)用方向主要是：

（1）原有主戰(zhàn)裝備信息化改造

20世紀(jì)90年代初期，即冷戰(zhàn)結(jié)束后，美軍的機(jī)械化建設(shè)已達(dá)到很高的水平，其武器裝備性能已接近物理極限。為進(jìn)一步提高武器裝備和平臺(tái)的作戰(zhàn)能力，美軍走武器裝備信息化的道路。美三軍均對(duì)原有的武器裝備和作戰(zhàn)平臺(tái)進(jìn)行信息化改造，美國海軍率先走在前面，拋棄了老的過時(shí)昂貴的軍標(biāo)產(chǎn)品代之以性能先進(jìn)、信息化程度高的所謂COTS（商用現(xiàn)成）產(chǎn)品。

在2003年美英聯(lián)軍的對(duì)伊拉克作戰(zhàn)中，美軍的優(yōu)勢并不在于個(gè)別的先進(jìn)武器，他們?cè)谝晾速囈匀俚奈淦餮b備幾乎都是20年以前的東西，例如新華社記者登上的小鷹號(hào)航空母艦已服役近半個(gè)世紀(jì)，關(guān)鍵是這些裝備都進(jìn)行了信息化改造，使美軍不同的武器系統(tǒng)形成了陸、海、空、天一體化的有機(jī)整體，而把其他國家的軍隊(duì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面。英軍的裝備性能并不比美國的差，但他們的信息化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美軍。因此，英軍在這場戰(zhàn)爭中的表現(xiàn)明顯差于美軍。

（2）武器裝備的精導(dǎo)智能化

1991年的海灣戰(zhàn)爭中，美軍使用的精確制導(dǎo)的彈藥不足整個(gè)用量的20%，而在2003年的伊拉克戰(zhàn)爭中帶有精確制導(dǎo)的彈藥已占整個(gè)用量的80%。美軍防空的主戰(zhàn)裝備——愛國者導(dǎo)彈不斷在進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟、硬件方面的改進(jìn)。美國目前正在研制智能化水平更高的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，采用傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、人工智能技術(shù)，使它們能區(qū)分外形和尺寸相同，但類型不同的敵我（友）軍用卡車、運(yùn)輸車輛、通信車輛、地空導(dǎo)彈發(fā)射架與地地導(dǎo)彈發(fā)射架。目前，技術(shù)比較成熟的是“黃蜂”反坦克導(dǎo)彈，通過導(dǎo)彈上的計(jì)算機(jī)可以識(shí)別真?zhèn)文繕?biāo)，甚至可以從目標(biāo)群中選中任何一輛坦克進(jìn)行攻擊。

（3）武器系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)硬、軟件升級(jí)

武器系統(tǒng)、不管是導(dǎo)彈、坦克、飛機(jī)、艦船，從設(shè)計(jì)、研制到生產(chǎn)定型，至少要5年～10年的時(shí)間，而服役期更長，至少10年～20年。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，按摩爾定律CPU十八個(gè)月就換一代，性能提高一倍，價(jià)格降低一半。這是一個(gè)非常突出的矛盾。等武器系統(tǒng)生產(chǎn)出來以后，其核心部件計(jì)算機(jī)卻已經(jīng)非常落后，其部件甚至早已停產(chǎn)，也沒有備件；即使有其價(jià)格也非常昂貴。近年來武器系統(tǒng)制造商，包括軍用計(jì)算機(jī)制造商，都在大力解決這個(gè)問題。尤其是板極和部件級(jí)的技術(shù)更新更為重要。更新的成本主要在軟件，既能升級(jí)，又要兼容。美國比較有名的軍用計(jì)算機(jī)廠商Mercury公司，10年前其雇員70%是硬件工程師，而現(xiàn)在70%的雇員是軟件工程師。2003年4月洛克希德·馬丁公司成功地完成了美海軍潛艇聲納系統(tǒng)的新型計(jì)算機(jī)硬件升級(jí)，用2.4GHz的“致強(qiáng)”處理器替換了原有的奔騰處理器，為軟件升級(jí)提供了更好的運(yùn)行平臺(tái)。該公司每4年更新和升級(jí)所有硬件，并隔年進(jìn)行軟件升級(jí)。

（4）全球信息網(wǎng)格的建設(shè)

為滿足網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的要求，軍事發(fā)達(dá)國家特別是美國強(qiáng)調(diào)信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢的作用，在原有電子信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上建設(shè)全球信息網(wǎng)格，以此增強(qiáng)電子信息系統(tǒng)之間、電子信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)之間的互操作能力，并將各種傳感器、信息系統(tǒng)、指揮和控制能力、武器系統(tǒng)和彈藥等資源網(wǎng)絡(luò)化，并推動(dòng)向網(wǎng)格化發(fā)展。美軍網(wǎng)格的建設(shè)目標(biāo)是為綜合系統(tǒng)中所有的信息和能力，提供單一的、一體化的、安全的、端到端的系統(tǒng)、資源、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的共享。全球信息網(wǎng)格建設(shè)的核心就是構(gòu)建各種功能和規(guī)模的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)。

（5）單兵數(shù)字化裝備

主要是提供一體化頭盔分系統(tǒng)，包括增強(qiáng)型視頻放大裝置、周圍聽力裝置、高分辨率頭盔顯示器、無線電頭盔控制裝置和電源等；提供計(jì)算機(jī)分系統(tǒng)，亦稱單兵C3I分系統(tǒng)，包括儲(chǔ)有文字、圖像、數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場態(tài)勢等信息的單兵計(jì)算機(jī)，夜間槍具瞄準(zhǔn)專用的視頻強(qiáng)化圖像增強(qiáng)器，平板顯示器，全球定位系統(tǒng)，以及可在500m～2000m距離內(nèi)與戰(zhàn)車、火炮、直升機(jī)等進(jìn)行通信的電臺(tái)等。

3軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前，僅美國和加拿大就有幾十家公司提供軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)產(chǎn)品系列。另外，臺(tái)灣地區(qū)也有多家抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的供應(yīng)商，如研華、磐儀和控創(chuàng)等。表1列出了一些主要廠商，有DY4公司、SBS公司、Mercury 公司、Pentek公司、Bittware公司、TranstechDSP公司、Motolola公司、SpectrumSignal公司等，以及研華、磐儀和控創(chuàng)公司的產(chǎn)品。

表1       抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)產(chǎn)品對(duì)照表

根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)，可以從嵌入式計(jì)算機(jī)的構(gòu)成，即微處理器、總線和嵌入式軟件等方面來概括目前軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展主流。

（1）微處理器

微處理器是軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的核心，主要以MOTOROLA和IBM公司的PowerPC系列，Intel公司的Pentium系列為主，信號(hào)處理器以TI公司的TMS320系列、ADI公司的ADSP系列為主。

（2）內(nèi)部總線

內(nèi)部總線用于嵌入式計(jì)算機(jī)模塊之間的互連。以VME和CPCI總線為主。

VME總線具有如下特性：

①　并行性。支持面向多主設(shè)備的并行處理

②　實(shí)時(shí)性。具有優(yōu)異的中斷處理系統(tǒng)，在其內(nèi)部采用了獨(dú)特的優(yōu)先中斷總線，可以很好地服務(wù)于多CPU的分布中斷系統(tǒng)。

③　可靠性和抗振性。VME總線對(duì)機(jī)箱、總線底板、插件板的電磁兼容性、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面均有全面的規(guī)定，技術(shù)成熟可靠，插卡也采用Eurocard外形，具有良好的抗振性和抗沖擊能力。

CPCI總線具有如下特性：

①　高性能數(shù)據(jù)傳輸。能支持線性突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模式，可減少無謂的地址操作。線性突發(fā)傳輸能夠更有效地運(yùn)用總線的帶寬來傳送數(shù)據(jù)。

②　與處理器結(jié)構(gòu)無關(guān)。CPCI總線與處理器的結(jié)構(gòu)無關(guān)，可被各種處理器采用。CPU可以采用X86、PowerPC、DSP等芯片的模塊，可以配有顯示、網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出模塊，也可以配有中頻處理、視頻處理等模塊。

③　支持多處理器和同步操作。

④　兼容性強(qiáng)、低成本、高效益。CPCI總線與商用的PCI總線信號(hào)定義完全兼容，可充分利用PCI總線開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，用PCI總線接口部件相對(duì)便宜。CPCI總線采用地址/數(shù)據(jù)復(fù)用，使連接其它部件的引腳減少，節(jié)約了線路板空間。

⑤　有良好的可靠性和抗振性。CPCI總線的電氣性能與PCI兼容，但物理結(jié)構(gòu)和接插件采用與VME相類似的技術(shù)，十分適合在抗惡劣環(huán)境下使用。

⑥　支持熱插拔，即插即用。

從上述分析可以看出VME總線與CPCI有很多相同的地方：二者都有國際標(biāo)準(zhǔn)支持，都為主從式體系結(jié)構(gòu)，支持多處理器系統(tǒng)，都采用歐洲卡（Eurocard）式外形，有良好的可靠性和抗振性。都具有多個(gè)供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)底板、接口芯片及已實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)模塊。并且二者都有較廣泛的應(yīng)用，如美國的第一代軟件無線電采用了基于VME總線的結(jié)構(gòu)，第二代軟件無線電采用了CPCI總線。

2002年出現(xiàn)了新的CPCI標(biāo)準(zhǔn)—ATCA（Advanced Telecommunication Computing Architecture）標(biāo)準(zhǔn)，與以前的CPCI相比它有巨大的優(yōu)勢：

表2對(duì)CPCI計(jì)算機(jī)和ATCA計(jì)算機(jī)進(jìn)行了對(duì)比。

表2  CPCI和ATCA計(jì)算機(jī)的比較

計(jì)算機(jī)采用了ATCA技術(shù)，可以帶來以下益處：

①     性能提高：ATCA的板卡面積約為CPCI板卡面積的2.5倍，而且板卡寬度也加大到1.2"（比CPCI寬0.4"），這使得單張板卡容納多顆CPU成為可能，使得大容量RAM成為可能，增強(qiáng)了模塊處理能力及速度。

②     可靠性和可用性提高：電源、風(fēng)扇、機(jī)箱管理控制器、交換槽等均采用了冗余備份機(jī)制，確保單點(diǎn)故障條件下系統(tǒng)正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。系統(tǒng)平臺(tái)的可靠度達(dá)到99.999%甚至更高，幾乎可以提供不間斷服務(wù)，這一點(diǎn)對(duì)于武器系統(tǒng)尤為重要。

③     傳輸速度提高：棄用了并行總線，以交換接口配制成各種拓?fù)浼軜?gòu)作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)/接口，背板傳輸數(shù)據(jù)的速度最高可達(dá)2.4Tb/s。

④     良好的兼容性：平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)和開放性，提高了系統(tǒng)的兼容性，加強(qiáng)了不同來源模塊的互換性。

⑤智能平臺(tái)管理：基于IPMI（智能平臺(tái)管理接口），ATCA系統(tǒng)的管理性能有了大幅度的提高。通過ShMC（機(jī)箱管理控制器），系統(tǒng)管理子系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)箱內(nèi)的單板、電源、風(fēng)扇、溫度傳感器等現(xiàn)場置換單元（Field Replaceable Units，F(xiàn)RUs）進(jìn)行智能調(diào)節(jié)和管理，而管理子系統(tǒng)的實(shí)體承載采用雙IPMB總線，可以確保一條總線失效的情況下系統(tǒng)管理仍可以穩(wěn)定進(jìn)行，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

（3）外部總線

外部總線用于主機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信，傳統(tǒng)的以1553B總線為主。CAN總線由于價(jià)格優(yōu)勢及其技術(shù)的穩(wěn)定性，近年來也受到了高度關(guān)注，已在裝甲車電子系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。

高速串行總線近兩年來不斷涌現(xiàn)。主要的如千兆網(wǎng)、StarLink、FibreChannel、RapidIO等，在高端領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用。

（4）嵌入式軟件

嵌入式計(jì)算機(jī)軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要以Vxworks和Linux為主。Vxworks已在各種軍事系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其可用性、可靠性、實(shí)時(shí)性都經(jīng)受了實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的驗(yàn)證。近年來，Linux以其具有內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、易于定制、硬件支持廣泛等特點(diǎn)，正受到高度關(guān)注。

另外，這些公司還提供圖像顯示、采集和處理、網(wǎng)絡(luò)、A/D、D/A、各種串行接口等功能的接口模塊，來滿足軍事應(yīng)用的不同要求。

現(xiàn)以DY4為例來分析其產(chǎn)品的情況。DY4定義了三種不同的產(chǎn)品加固級(jí)別適用于不同的受保護(hù)應(yīng)用和惡劣環(huán)境的軍事應(yīng)用。

l          0級(jí)加固

用在實(shí)驗(yàn)室或開發(fā)環(huán)境，使用商用的IC，工作溫度范圍在0℃－50℃。

l          100級(jí)加固

用于實(shí)際的設(shè)備安裝環(huán)境，工作溫度范圍在－40℃－71℃。

l          200級(jí)加固

用于極度惡劣的設(shè)備安裝環(huán)境如軍事應(yīng)用，工作溫度范圍在－40℃－85℃，少數(shù)產(chǎn)品低溫可達(dá)到－55℃。

DY4產(chǎn)品具備完整快速的板卡級(jí)診斷程序，目前的主流單板計(jì)算機(jī)采用PowerPC750、7400、7410、7455處理器，處理能力很強(qiáng)，板上的外設(shè)集成度高，提供豐富的外圍接口供用戶使用，包括以太網(wǎng)接口、SCSI接口、異步串口、同步串口（支持HDLC）、定時(shí)器、看門狗、離散的TTL　I/O接口、PMC卡擴(kuò)展口。具有高性能、自檢覆蓋率高、功能密度高的特點(diǎn)。在服務(wù)方面，DY4提供產(chǎn)品生命周期管理服務(wù)，用戶可以獲得風(fēng)險(xiǎn)降低和方案設(shè)計(jì)的自由度。

4軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢和特點(diǎn)

美國是世界上最早將計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于軍事目的的國家。當(dāng)今，美國軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展仍然代表著世界軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的方向和主流。下文將闡述軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢和特點(diǎn)。

4.1專用系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變

美國過去用于武器系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)，都采用專用系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)在武器系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，專用系統(tǒng)阻礙了武器系統(tǒng)的發(fā)展，其研制周期長，軟件和硬件成本高，可移植性和互操作性差，維護(hù)和培訓(xùn)困難，技術(shù)也相對(duì)落后。

開放式系統(tǒng)的基本思想是：采用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)微處理器，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、通信規(guī)程和總線接口。它的優(yōu)點(diǎn)是軟件可移植性好，系統(tǒng)研制周期短，改進(jìn)、升級(jí)較容易，使用和維護(hù)方便。

4.2充分利用商業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)，定制開發(fā)軍用抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

為解決專用系統(tǒng)研制周期長、風(fēng)險(xiǎn)高、價(jià)格貴、升級(jí)難的問題。美國軍方首先提倡使用商用現(xiàn)成技術(shù)及產(chǎn)品，以加快計(jì)算機(jī)技術(shù)更新，縮短周期，降低成本。但商用現(xiàn)成產(chǎn)品變化快，與長壽命的軍用裝備需求不相適應(yīng)。從而采取根據(jù)軍用需求，充分利用先進(jìn)的商業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)，定制開發(fā)軍用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的途徑。

4.3把經(jīng)濟(jì)可承受性作為一項(xiàng)重要指標(biāo)

武器裝備系統(tǒng)中電子信息組成部分占的比例越來越大，必須把“買得起”和“用得起”作為一項(xiàng)重要研制指標(biāo)。通過采用開放式系統(tǒng)、引入商業(yè)現(xiàn)成技術(shù)和產(chǎn)品、開發(fā)通用硬件模塊和軟件重用，改進(jìn)可靠性和可維護(hù)性，并努力做到需求規(guī)范化、設(shè)備系列化、生產(chǎn)規(guī)?；?，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

4.4向高性能、高可靠方向發(fā)展

比如為提高武器系統(tǒng)探測、預(yù)警、對(duì)抗的實(shí)時(shí)性和精確打擊能力，高端武器系統(tǒng)對(duì)軍用嵌入式計(jì)算機(jī)的處理能力提出了新的挑戰(zhàn)，對(duì)傳輸帶寬、可靠性、抗干擾、信息融合能力等都提出了更高的要求。例如，美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)（F－35）的綜合核心處理器（ICP）系統(tǒng)中使用水星（Mercury）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司的RACE＋＋系列多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有100至200多個(gè)嵌入式處理器，提供信號(hào)處理能力達(dá)每秒5000億次浮點(diǎn)（500GFLOPS）運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理每秒400億次定點(diǎn)（40GIPS）運(yùn)算，計(jì)算結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)總帶寬24GB/s。為此，嵌入式多處理器并行處理技術(shù)、調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、超高速電路板設(shè)計(jì)等技術(shù)正待不斷開發(fā)和應(yīng)用。

4.5向輕型化和微型化發(fā)展

嵌入式計(jì)算機(jī)在武器裝備里面能夠占用的空間是十分有限的。這就要求設(shè)計(jì)者必須減小嵌入式計(jì)算機(jī)的體積，減輕其重量，同時(shí)必須不斷提高其性能來滿足日益增長的需要。模塊化設(shè)計(jì)基于低成本、商用現(xiàn)成技術(shù)、互用和重復(fù)使用的硬件和軟件模塊，可大大降低成本，提高產(chǎn)品性能。另外，可在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)全電子系統(tǒng)的集成（SOC/SOPC），這樣的系統(tǒng)級(jí)芯片具有信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理及輸入/輸出等功能，再植入嵌入式軟件，它能夠大大降低成本、縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品的可靠性，因此已被稱為“未來嵌入式計(jì)算機(jī)”的基礎(chǔ)。因此，高可靠性/高組裝密度的通用化設(shè)計(jì)與組裝技術(shù)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）及片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)計(jì)技術(shù)亟待開發(fā)。

4.6向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展

未來戰(zhàn)爭將會(huì)是網(wǎng)絡(luò)化的戰(zhàn)爭，任何武器、作戰(zhàn)人員都可能是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，因此嵌入式計(jì)算機(jī)在未來戰(zhàn)場上是無處不在的。無論是在外層空間，還是天地一體化聯(lián)網(wǎng)，最終都是通過信息手段實(shí)現(xiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。分布式的嵌入計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，將發(fā)揮戰(zhàn)斗力“倍增器”的作用，在戰(zhàn)場偵察、環(huán)境監(jiān)控、人員與裝備定位、人員健康狀況監(jiān)控、戰(zhàn)場人員訪問信息及部隊(duì)防護(hù)等綜合能力都將比獨(dú)立運(yùn)行的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有質(zhì)的提高。

4.7向功能綜合化方向發(fā)展

隨著技術(shù)的發(fā)展，武器信息裝備的數(shù)字化程度越來越高，嵌入式計(jì)算機(jī)在武器系統(tǒng)中已不再是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，而是與其應(yīng)用領(lǐng)域的其它處理設(shè)備協(xié)同工作、彼此滲透，形成較為緊密的相互耦合與控制關(guān)系，如與傳感器信息的融合，可以顯著提高作戰(zhàn)態(tài)勢的感知能力；在戰(zhàn)術(shù)通信、電子戰(zhàn)與雷達(dá)等軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理與信號(hào)處理只有通過綜合處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為緊密的耦合關(guān)系，才能達(dá)到系統(tǒng)所需要的處理能力與實(shí)時(shí)性。如美軍的四代戰(zhàn)機(jī)綜合處理系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）、數(shù)據(jù)鏈端機(jī)等都是計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。為此，計(jì)算機(jī)和通信的融合設(shè)計(jì)技術(shù)將不斷開發(fā)。

4.8軟件功能將會(huì)更加強(qiáng)大

隨著武器裝備“四化”（信息化、體系化、自主化和智能化）的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式的逐步形成，武器系統(tǒng)越來越成為一種軟件密集型裝備。軟件作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，其功能更加復(fù)雜、規(guī)模更加龐大、研制周期更加緊迫、質(zhì)量和可靠性要求更高，軟件的地位更加重要。例如，美軍20世紀(jì)50年代的F-4戰(zhàn)機(jī)中只有4%的功能由軟件來完成，60年代美軍第二代戰(zhàn)斗機(jī)F－111的航空電子系統(tǒng)功能有20%是通過軟件的實(shí)現(xiàn)的，而到2000年，F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機(jī)的80%的功能要靠軟件來實(shí)現(xiàn)。武器裝備的功能將會(huì)越來越多由軟件實(shí)現(xiàn)。

4.9計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的安全性將大大加強(qiáng)

信息安全是軍用信息系統(tǒng)的關(guān)鍵。美軍在信息安全方面研究力度不斷加強(qiáng)。美國國防部、國防科學(xué)委員會(huì)、國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）等不斷推出極有價(jià)值的研究報(bào)告。建議采用一致的信息安全體系框架和標(biāo)準(zhǔn)尺度，實(shí)施細(xì)粒度訪問控制，應(yīng)對(duì)拒絕服務(wù)攻擊，增強(qiáng)入侵指示警告和攻擊追查，建立全球信息柵格（GIG）信息保障測試環(huán)境等措施，增強(qiáng)信息系統(tǒng)安全性。

4.10把認(rèn)知計(jì)算機(jī)技術(shù)列為新軍事變革的戰(zhàn)略要點(diǎn)技術(shù)

美國軍方認(rèn)為，雖然目前的信息系統(tǒng)對(duì)美國國防極為關(guān)鍵，但它們?nèi)匀贿^于復(fù)雜，容易出錯(cuò)且排除錯(cuò)誤代價(jià)大，不安全易于受攻擊，需要用戶適應(yīng)它們，而且基本上不夠智能。DARPA信息處理技術(shù)辦公室提出認(rèn)知計(jì)算技術(shù)作為戰(zhàn)略要點(diǎn)之一。認(rèn)知計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將有能力對(duì)它的環(huán)境、目標(biāo)和自己行為進(jìn)行推理，能與用戶自然地交互，以健壯的方式對(duì)意外事件做出反應(yīng)。

作者簡介:劉恩德（1939-）,男,河北唐山人,研究員,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略研究、計(jì)算機(jī)安全、計(jì)算機(jī)抗惡劣環(huán)境技術(shù)。