идёт загрузка...
Армия-2021 
30 августа 2021

Вычислительные средства систем управления АО «НТЦ ЭЛИНС»

Высокая динамика международного рынка микроэлектроники ограничивает возможность разработки, внедрения и поддержания длительного жизненного цикла крупных узлов вычислительных устройств

Сергей СкляровРуководитель направления вычислительных средств систем управления «НТЦ ЭЛИНС»

Рис. 1

Одно из направлений разработки аппаратуры АО «НТЦ ЭЛИНС» – проектирование вычислительных средств систем управления для экстремальных условий эксплуатации. В девяностых годах прошлого века нашей компанией были разработаны и применялись в составе различных управляющих систем вычислители на основе отечественных микропроцессорных комплектов серий 1839, 1801, 1806, 585, 1802.

Расширение выполняемых функций, усложнение алгоритмов, требование снижения затрат времени на принятие решений объектов эксплуатации, с одной стороны, и сложности в развитии отечественной элементной базы привели к необходимости использования импортной процессорной базы в вычислительных устройствах. Высокая динамика международного рынка микроэлектроники ограничивала возможность разработки, внедрения и поддержания длительного жизненного цикла крупных узлов вычислительных устройств.

Сергей СКЛЯРОВ

Оптимальное решение – выделение функционально сложного вычислительного ядра и фиксация его габаритных характеристик и внешних связей вне зависимости от конструктивного исполнения изделия в целом. Таким образом, при разработке был выделен функционально законченный узел, имеющий набор стандартных внешних связей, присутствие которых в аппаратуре не будет изменяться достаточно длительный период. Данный узел оформлен в виде малогабаритного модуля. Причем, модуль соответствует одному из международных стандартов для ускорения проектирования прикладного программного обеспечения.

Рис. 2

Для высокой модернизационной пригодности модуль имеет зафиксированное назначение контактов внешних соединителей. Габариты и форма такого функционального узла позволяют построить на его основе большинство из разрабатываемых аппаратных средств: встраиваемая аппаратура на основе магистрально-модульных стандартов, носимая аппаратура и малогабаритные системы нестандартной формы, но на основе стандартизованных функциональных узлов. В рамках такого модуля при соответствующем уровне интеграции элементной базы возможно размещение следующих функциональных блоков:

• процессор (возможно многоядерный);

• оперативная память и контроллер доступа к ней;

• все системные контроллеры: прерываний, прямого доступа в память, различных таймеров и т.п.;

• аппаратура связи с оператором;

• интерфейсы к массовой памяти;

• наиболее распространенные интерфейсы связи с периферийными устройствами;

• контроллер и арбитр системной шины.

Рис. 3

Все внешние интерфейсы выполнены без электронных узлов физического уровня, так как эта часть устройства существенно зависит от конкретной реализации изделия для объекта эксплуатации и наиболее подвержена внешним воздействиям. Указанным свойствам наиболее полно отвечали модули, выполненные в стандарте SOM-ETX.

Далее, за унификацией на уровне функциональных узлов и внешних связей была рассмотрена унификация связи с программным приложением, реализующим задачи вычислительной аппаратуры в составе комплекса:

1. Аппаратно-зависимое программное обеспечение (базовая система ввода-вывода, драйверы);

2. Фиксированное сечение связи аппаратно-программной платформы модуля и программной среды приложения;

3. Унифицированные программные средства функционирования приложения (например, операционные системы).

Рис. 4

Таким образом, выполненный на конкретной элементной базе в составе аппаратно-программного комплекса модуль процессорного ядра по своим внешним программным и аппаратным связям не имеет каких-либо отличий даже в случае изменения аппаратуры, вызванного снятием с производства элементной базы.

На основе конструктива международного стандарта SOM-ETX были разработаны и приняты на снабжение ряд вычислительных устройств (Фото 1-3). Развитие микроэлектроники, появление высокоскоростных интерфейсов привело к выработке нового стандарта для процессорных модулей – COM Express. Его применение при разработке вычислительной аппаратуры позволило нашей компании в короткие сроки разработать ряд вычислительных устройств как для оборудования рабочих мест операторов управления системами, так и вычислительных блоков автоматизированных систем.

Рис. 5

В рамках реализации такого подхода к проектированию аппаратуры АО «НТЦ ЭЛИНС» разработаны:

• носимые вычислительные устройства в конструктиве «планшет» и «ноутбук» с экранами диагональю от 6,5 до 19 дюймов (Фото 4-8);

• панельные ЭВМ с экранами от 10 до 42 дюймов (Фото 9-10);

• вычислительные блоки различной вычислительной мощности и необходимым набором внешних интерфейсов (Фото 11-12).

Рис. 6 и 7

Реализованный подход позволяет решить задачу импортозамещения микропроцессорной платформы на выполненные на отечественной элементной базе модули, совершенно не затрагивая конструктив вычислительного устройства и объекта эксплуатации. Единое конструктивное исполнение, единое назначение контактов соединителей, унифицированная операционная система позволяют оперативно переходить с любой платформы на любую без изменения конструкции конечного изделия.

Рис. 8

Таким образом, вычислительная система в составе конечного изделия на различных этапах жизненного цикла может быть легко переведена на требуемую процессорную платформу. Данный подход также позволяет повысить модернизационную пригодность – повысить вычислительную мощность, изменить объем оперативной памяти, параметры системных интерфейсов, размещенных в модуле.

По мере завершения разработки новой российской элементной базы, обеспечивающей требуемые параметры функциональности, конечная аппаратура головного изделия может быть легко переведена на новую платформу.

Рис. 9 и 10

В настоящее время АО «НТЦ ЭЛИНС» выполняет разработку модулей формата COM Express на основе микропроцессоров семейства «Эльбрус» (разработчик АО «МЦСТ») и микропроцессоров MIPS-архитектуры (разработчик ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) (Фото 13).

Разрабатываемые модули позволяют в кратчайшие сроки провести импортозамещение микропроцессорной платформы в уже серийно поставляемых комплексах без их существенной переработки.

Рис. 11 (вверху) и 12 (внизу)

Разрабатываемые АО «НТЦ ЭЛИНС» модули позволят в кратчайшие сроки провести импортозамещение микропроцессорной платформы в уже серийно поставляемых комплексах без их существенной переработки.

Рис. 13