从“自成系统”到“嵌为一体”——军用嵌入式系统漫谈

1  前言

    现代武器装备的信息化、智能化无不与武器装备系统具有某些计算机的功能相关联。但是，在第二次世界大战之后的相当长的一段时间里，武器装备和计算机大多是“各行其是、自行系统”。电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是安置在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化，计算机开始出现两种不同的发展方向：(1) 以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。(2) 要求高速、海量的数值计算的通用计算机系统，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。随着计算机技术和产品对各个行业的广泛渗透，以“应用为中心”的分类方法变得更为切合实际和科学合理，也就是说按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。换言之，始于微型机时代的应用，造就了嵌入式计算机。嵌入式计算机通常由嵌入式微处理器，相关的硬件支持设备以及嵌入式软件系统等3个部件组成。其中，微处理器是嵌入式系统的核心部件，其它硬件还包括内部总线、接口以及外部总线。

    同时武器装备和计算机系统越来越紧密地融合在一起。换句话说，就是计算机系统紧紧地“嵌入”到武器装备里面去了。由此人们断言：武器装备已经进入“嵌入式”时代了！特别是美军更是在嵌入式技术的研究和应用方面走在各国军队的前面，本文对此做了一个概要的阐述。

2 “需求牵引、技术推动”促使计算机技术两极分化

    电子计算机出现以来，人们传统的分类方法是按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将计算机划分为大型计算机、中型计算机、小型计算机和微计算机。这种分类方法沿袭了大约40多年。近些年来，随着半导体技术、微电子技术和计算机技术的快速发展，情况已经发生了根本性的变化，例如在70年代末定义的微计算机基础之上，演变和发展出来的个人计算机(PC)，如今已经占据了全球计算机工业90 %的市场，其处理速度也超过了以往大、中型计算机的处理速度。

    武器装备系统里面使用的计算机系统出现了军用嵌入式计算机和军用通用计算机的分类方法。军用嵌入式计算机就是指以插件或芯片形式嵌入到武器装备或武器装备系统的内部，智能地完成武器系统功能的专用计算机。这类计算机通常以芯片、模板组件或控制器等形式埋藏于武器内部，以机箱形式表现出来，执行一种或多种特定任务，具有体积小、重量轻、功耗低、适应工作环境能力强、实时性强、可靠性高等特点，主要用于武器控制，指挥控制和通信系统，仿真等作战与保障系统中。一方面是作战需要武器装备更精确、更可靠、更聪明，因而需要将计算机的功能更多地“嵌入”到武器装备里面去，使武器装备更加智能化；另一方面则是技术的发展已经能够让计算机更小型、更轻型、更方便地“嵌入”到武器装备里面去。换句话说，“需求牵引、技术推动”促使计算机技术产生两极分化，其中一支则出现了从“自成系统，各自为战”到“嵌为一体，紧密融合”的情况。

3  军用嵌入式系统的广泛应用

    嵌入式计算机系统，最早出现在20世纪60年代的武器控制系统之中，后来逐步用于军事指挥控制和通信系统，现在则广泛地用于军民两用的机电一体化产品和工业自动化控制系统中，嵌入式系统主要用于各种信号处理与控制。用于军用各种武器控制（从火炮控制、导弹控制、智能炸弹到制导引爆装置等）、坦克、舰艇、轰炸机等陆海空三军的各种军用电子装备，雷达、电子对抗等军事通信装备，野战指挥作战用的各种专用设备等。军用嵌入式系统在第一次海湾战争到最近的阿富汗战争和伊拉克战争中都有广泛地应用。

    目前，嵌入式计算机系统已在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用，用于企业、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。以下举出若干“嵌入式”系统在军事领域里面应用的例子来说明军用“嵌入式”系统的广泛应用：

(1)   嵌入式低价格惯性导航系统(Embedded low cost inertial navigation system，INS)
INS使用惯性测量部件(IMU)、数字罗盘、GPS和嵌入式计算机系统。INS能够连续估计作战平台的位置与方向。传统与典型的IMU是十分昂贵的系统，然而，如果INS采用低价格的组件，则低的价格带来低的性能，这就是惯性导航系统常常必须包括GPS、罗盘与卡曼滤波器的主要原因。然而，发展中的嵌入式系统则是将导航的重大综合体融合在一起。结果是呈现出整个系统具有突出的工作优点和多面性的应用，而且价格十分便宜。

(2)   美国陆军作战指挥系统中的“21世纪”旅及旅以下战斗指挥系统(Force XXI Battle Command Brigade-and-Below，FBCB2)

    该系统将给从旅到旅以下最低级别的战术单位（班）提供战场态势和指挥控制。该系统主要包括5个部分：特种用途的嵌入式计算机系统、数字化部队指挥软件系统、“嵌入式”位置定位导航装置(Embedded Position-Navigation，POSNAV)和报告系统、全球通信系统接口和数字化部队战斗识别环境。

    此外，还有一种“改良的数据调制解调器”(Improved Data Modem，IDM)。该装置主要用于通信和目标系统里面。IDM在陆海空三军装置中都有应用。典型的应用是将其嵌入到陆军21世纪部队旅及旅以下系统的软件里面去。

(3)   武器试验数据采集与实时处理系统

    军队靶场承担着三军各种新型武器系统的试验与评估任务，目的是为了检验新型武器系统或装备的设计性能指标是否达到预期的设计要求。衡量武器装备的性能指标能否达到要求，而使用试验数据给予证明。试验数据采集设备的任务就是要完成对被试品输入输出参数和部分中间运算结果的采集。为了实现武器装备系统试验数据的实时采集和实时处理，舰载武器系统试验数据采集与实时处理系统的软、硬件均可以采用嵌入式技术。

    据报道，我国的研祥智能科技股份有限公司曾运用其嵌入式产品“EVOC

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