پشتیبانی VxWorks از پردازنده‌های خانواده Xeon D-1500 اینتل، ارمغانی برای سیستم‌های جنگ الکترونیک

مزایای استفاده از پردازنده خانواده Xeon D-1500 اینتل برای طراحی سیستم‌های جنگ الکترونیک (EW) تعبیه‌شده بسیار واضح است. این تراشه‌های 8، 12 و 16 هسته‌ای با توجه به عملکرد پیشرفته‌ در مقابل توان مصرفی کم، برای استفاده در ماژول‌های قدرتمند معماری باز که با هدف بکارگیری در برنامه‌های کاربردی حساس از جمله جنگ الکترونیک، فرماندهی، نظارت، ارتباطات، کامپیوتر، اطلاعات، مراقبت و شناسایی

[1] (C4ISR) استفاده می‌شوند، مناسب خواهند بود.

خانواده Xeon D با معماری طراحی شده برای پشتیبانی از پردازش‌های قوی ریاضی و انتقال داده در پهنای باند بسیار زیاد، برنامه‌های کاربردی پیشرفته EW را برای کار روی پلتفرم‌های کوچک، با وزن کم و توان مصرفی کمتر (SWaP) توانمند می‌کند. این سیستم روی تراشه (SoC) تعداد زیادی از هسته‌های پردازشگر X86 را برای برنامه‌های کاربردی دفاعی تعبیه شده در دسترس مشتری قرار می‌دهد.

بلوک دیاگرام پردازنده‌های خانواده Xeon D-1500 اینتل

اولین سری از پردازنده‌های D-1500 در 3 ماهه پایانی سال 2015 وارد بازار شد. معماری این سری از پردازنده‌ها شباهت بسیاری با مدل D-1541 دارد، اما اینتل در این محصول تعداد هسته و تعداد دریافت دستورات پردازشی همزمان را بالا برده است. علاوه بر آن سرعت کلاک هسته نیز 30% درصد افزایش داشته است. 24 مگابایت حافظه کش سطح L3 نیز این پردازنده را همراهی می کند. با توجه به این اندازه حافظه کش، علاوه بر بالا رفتن سرعت پردازش، شاهد کاهش خطا در سطوح گسترده هستیم.

در طی 5 تا 10 سال گذشته در حالیکه تراشه‌های FPGA در توسعه سیستم‌های جنگ الکترونیک حرف اول را می‌زدند، پردازنده‌های اینتل به حداکثر 4 هسته محدود بودند. تا همین اواخر، پردازنده‌های همه منظوره مبتنی بر X86 در سیستم‌های EW تنها برای مدیریت سیستم یا برای مدیریت رابط ماشین– انسان استفاده می‌شد. تا اینکه Xeon D با معماری چندهسته‌ای توسعه یافته خود با 4، 12 یا 16 هسته امکان استفاده از تراشه‌ای X86 را به عنوان یک عنصر اصلی در پردازش سیگنال‌های RF فراهم کرد.

از سال 2015 و پس از ورود این تراشه‌ها به بازار، طراحان سیستم‌های تعبیه‌شده تا مدت‌ها بهینه‌سازی مناسبی از آن برای میزبانی از سیستم‌عامل محبوب تجهیزات اویونیک شرکت ویندریور یعنی VxWorks در اختیار نداشتند. در واقع هیچ بسته پشتیبان بورد (BSP)، درایورهای نرم‌افزاری لازم برای دسترسی به موتور DMA[2] فناوری QuickData در پردازنده Xeon D را ارائه نکرده بود. بنابراین عدم در دسترس بودن درایورهای بهینه، طراحان سیستم را مجبور به استفاده و راه‌اندازی لینوکس می‌کرد که برخلاف VxWorks یک سیستم عامل بلادرنگ (RTOS) واقعی نیست. از طرفی برای برنامه‌های کاربردی EW، بسیاری از کارهای دقیق نیاز به مدیریت و بررسی در کمتر از یک نانوثانیه دارند. قطعیت قوی VxWorks، زمان‌بندی و کنترل دقیق را ارائه می‌کند؛ در حالیکه لینوکس از زمان‌بندی احتمالی با دقت کمتر پشتیبانی می‌کند.

اخیرا شرکت کورتیس-رایت یک بورد سخت‌افزاری قدرتمند مبتنی بر پردازنده‌های خانواده Xeon D ارائه کرده است که می‌تواند از سیستم‌عامل VxWorks نیز پشتیبانی کند. درایورها و بسته‌های پشتیبانی از بورد امکان بهره‌گیری از بیشتر قابلیت‌های این تراشه همچون موتور DMA را فراهم می‌کند.

موتور DMA (دستیابی مستقیم به حافظه) در پردازنده Xeon D برای انتقال داده بین چند تراشه از همین خانواده یا ارتباط با GPUها و FPGAها، بدون اینکه Xeon D مسئولیت ارتباطات را به عهده داشته باشد، ارائه شده است. این تنظیمات امکان جابه جایی داده‌ها بین PCI Express یا اترنت را بدون بار اضافی روی Xeon D فراهم می‌کند، در عوض تراشه قادر به حفظ منابع برای کار روی سیستم‌های رادار یا دیگر برنامه‌های کاربردی EW است. در واقع DMA همه انتقالات را با توان عملیاتی بسیار سریع و زمان تاخیر کم مدیریت می‌کند. به طور معمول بدون وجود درایور نرم‌افزاری برای موتور DMA، برقراری ارتباطات نیاز به استفاده از کل هسته پردازنده و همچنین بخشی از پهنای باند حافظه موجود دارد.

با ایجاد امکان استفاده از محیط عملیاتی VxWorks روی ابرکامپیوترهای مبتنی بر Xeon D، طراحان سیستم‌های جنگ الکترونیک قادرند میلیون‌ها خط کد نرم‌افزاری VxWorks که از قبل توسعه یافته‌اند را به کار گیرند و این موجب حفظ سرمایه‌ و حذف نیاز به انتقال به یک محیط عملیاتی متفاوت می‌شود.

محصولات شرکت کورتیس-رایت در زمینه طراحی سیستم‌های محاسباتی تعبیه شده با کارایی بالا (HPEC) برای برنامه‌های کاربردی نظارت، اطلاعات و شناسایی بر اساس سیستم عامل بلادرنگVxWorks ویندریور پیشرفت‌های قابل توجهی داشته‌اند. این شرکت در حال حاضر دو محصول با نام‌های CHAMP-XD1 و CHAMP-XD2 ارائه کرده‌ است که مبتنی بر پردازشگرهای Xeon D هستند. درایورهای ارائه شده برای این ماژول‌ها علاوه بر فعال‌سازی فناوری QuickData، به عنوان اولین پشتیبان صنعتی را برای کنترل‌کننده‌های اترنت Mellanox هستند که قبلا تنها در محیط‌های سیستم عامل لینوکس قابل دسترسی بود. بنابراین هنگام اجرای VxWorks، این کارت‌ها می‌توانند 40 گیگابیت اترنت را با سرعت حدودا 37 گیگابیت بر ثانیه نزدیک به نرخ خط ارائه دهند.

بلوک دیاگرام ماژول CHAMP-XD2 ساخت شرکت کورتیس-رایت

در جدول زیر برخی از مهم‌ترین ویژگی‌ها و مشخصات دو محصول شرکت کورتیس‌-رایت آورده شده است.

مشخصات محصولات جدید شرکت کورتیس-رایت

لین بامفورد مدیر کل کورتیس- رایت در این‌باره می‌گوید: «ما بسیار هیجان زده‌ایم که به عنوان اولین ارائه‌دهنده ماژول‌های COTS مبتنی بر پردازنده Xeon D با پشتیبانی کامل از سیستم‌عامل محبوب VxWorks شناخته می‌شویم. از این پس طراحان سیستم HPEC قادر به استفاده از قابلیت‌های کامل این سیستم‌عامل روی پردازنده‌های مذکور خواهند بود. بهره‌مندی از اترنت 40 گیگابیت در سیستم‌های اویونیک و جنگ الکترونیک یک نیاز واقعی است که از این پس طراحان می‌توانند بدون تغییر در کارایی تراشه از آن استفاده کنند.»

ماژول‌های CHAMP-XD1 و CHAMP-XD2 DSP مبتنی بر پردازنده Xeon D اینتل که برای استفاده در برنامه‌های کاربردی مبتنی بر VxWorks طراحی شده است.

آقای میشل جنارد مدیر شرکت ویندریور نیز در این‌باره می‌گوید: «وندریور افتخار دارد که بخش جدایی‌ناپذیر از راهکارهای پیشرو در صنعت باشد. امروز VxWorks توانایی فعال کردن کامل عملکرد پردازنده‌های Xeon D را دارد که این منجر به عملکرد بهینه‌شده و مقرون به صرفه برای سیستم‌های HPEC با استفاده از راه‌حل‌های ترکیبی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری می‌شود. سال‌هاست طراحان سیستم‌های محاسباتی تعبیه شده با عملکرد بالا به دنبال آزاد کردن منابع حیاتی و ایجاد عملکرد بهینه برای برنامه‌های کاربردی ISR هستند. این طراحی منحصر به فرد و ارزشمند شرکت کورتیس-رایت می‌تواند پاسخ مناسبی برای این نیاز بازار باشد.»

[1] command, control, communications, computers, intelligence, surveillance, and reconnaissance

[2] Direct memory access