维普资讯 http://www.cqvip.com 军用嵌入式系统发展思考 文章编号：１００３～５８５０（２００８）０７—００１６－０３ 军用嵌入式系统发展思考 Ｔｈｅ Ｔｈｉｎｋ Ｄｅｅｐｌｙ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ 张玉梅刘银良 ０３０００６） （北方自动控制技术研究所 太原【摘 要】当前各军种嵌入式系统往往都是根据自身的需要，研制适合自身需求的计算机，结果造成各军种间计 算机的硬件、软件“烟囱”式发展，品种型号繁多，兼容性差，难以取得统一标准。由当前陆军一体化的建设 思路，对军用嵌入式系统的发展提出一些思考。 【关键词】军用嵌入式软件，软件构件，地理信息系统 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅａｃｈ ａｒｍｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｉｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｏｎｅｓｅｌｆ ｔｏ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕＩｔ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ“ｃｈｉｍｎｅｙ”ｆｏｒｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈａｔ ｂｒｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｖａｒｉｅｔｙ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｎｕｍｅｒｏｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｏｐｅｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｎｏｔ ｕｐ ｔｏ ｓｔａｎｄａｒｄ． Ｓｏ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｈａｒｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｕｎｉｆｙ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｆｏｒｃｅ，ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｉｎｔｅｎｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ～ １ 军事需求 随着新军事变革的浪潮，武器装备信息化已经成 为各国装备发展的重中之重，我军也面临着信息化战 ＤＩＩ ＣＯＥ，不符合此原则的系统定期向ＤＩＩ ＣＯＥ迁移。 为了继续扩大与发展中国家在技术上的“时代差”，美 军明显地在嵌人式技术的研究和应用方面走在了世界 各个国家的前面，这就给我军新时期军事斗争准 备和未来作战带来了巨大压力，使得尽快地消除“时代 差”成了中国国防和中国建设面临的最大问题。军 事科技专家预言：嵌人式系统将会成为振兴我国武器 装备的突破口。因而，了解、熟悉和掌握军用嵌人式系 统与技术的发展变化，并为我所用是十分必要的。 争的严峻挑战。军事信息系统是各种武器装备的“合 成剂”和信息化建设的基础，是武器装备信息化建设的 关键所在。而作为信息化、数字化的重要标志之一就是 计算机软件在装甲车辆信息系统所占的比例和重要性 显著增加，装甲车辆武器的精确打击能力、协同作战能 力、信息互通讯能力已经极大地依赖于实现其功能的 软件的品质，而对于装甲车辆武器来说，最关键的软件 部件就是嵌人式软件平台，这恰恰又是我军和发达国 家的最大差距之一。 美军在武器装备信息化建设方面一直走在世界的 我军军事信息系统发展的情况也与美军初期的情 况类似，各个兵种、各个级别之间重复建设现象严重， 互连互通十分困难。缺乏统一的接口规范，导致大量低 水平、低效率的重复开发，由于技术、方法、管理不 统一，导致互连、互通、互操作难度大。更重要的是，由 于我国还没有研制出具有自主知识产权的通用操作系 前列，其国防信息基础设施平台（ＤＩＤ逐步引进了开放 式的体系结构、分布式处理功能、标准化数据和数据交 换格式以及能支持系统硬件和应用软件的通用操作环 境（ＣＯＥ）。ＤＩＩ ＣＯＥ是为美军方设计的一种开放式的 统等核心软件，现有的装甲车辆信息系统软件都极大 地依赖于美国微软公司Ｗｉｎｄｏｗｓ、美国风河公司的 ＶｘＷｏｒｋｓ等操作系统，这些软件由于商业目的，其核 心源代码是不公开的，由于不掌握软件平台的核心，使 我军的武器装备信息系统在技术和安全上都存在无法 控制的隐患，在经济上也背上了沉重的包袱。 因而我军也迫切需要自己的通用软件操作环境。 在这方面，“区电”研制并推行了区域电子综合信息系 软件平台体系结构，该结构鼓励研制和生产基于一系 列通用标准的系统，鼓励跨军种和跨平台互通。通过 ＤＩＩ ＣＯＥ，异构计算机系统能够互通并共享信息。这就 极大地提高了各军种Ｃ Ｉ系统的互通能力。因此，国防 部要求全美军所有武器控制和指挥系统都必须使用 ＊ ２００８—０２—１６收到，２００８—０５—０７改回 ＊＊ 基金项目：国防预研基金资助项目（编号：ＺＣＺＪ０６０５）。 ＊＊＊张玉梅，女，１９６８年生，硕士，高级工程师，研究方向：军事软件。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第７期 电脑开发与应用 统通用信息处理平台。作为“区电”的配套项目，其目标 制的武器平台的技术安全埋下隐患。因此，世界各国均 是降低软件开发成本和时间，使系统易于集成和维护， 非常重视军用操作系统的选型和开发，具体方式有３ 并改善系统的互操作性。平台除了制定了一系列的软 类：直接购买商用操作系统或定制后用于军用；自主开 件标准外，还制定了硬件环境、网络环境标准和操作系 发军用操作系统；选择开放式操作系统（主要是 统的标准。但这些标准和技术规范着眼于战役级系统， Ｌｉｎｕｘ）定制后用于军用。其中第３种方式已经被越来 并不适用战斗级嵌入式系统。 越多的国家所选择。 基于以上考虑，开展以装甲车辆武器为应用背景 从目前情况看，在系统软件领域，完全自主开发操 的嵌入式软件平台技术研究，迅速掌握其核心技术，在 作系统等基础软件的难度、资金与人员投入和风险要 软件平台的应用上实现跨越式发展，以取得显著的军 更大。国内多家院校、研究所曾多次尝试，但一直没有 事和经济效益。 产生成熟产品。 ２研究思路 随着以Ｌｉｎｕｘ操作系统为代表的开放源码产品的 出现，给国内军用软件平台的研制带来了新的的思路。 ２．１规范各军种嵌入式计算机 首先由于Ｌｉｎｕｘ完全开放源代码，就有可能掌握其核 美军在最初研制嵌入式计算机时，各军种往往都 心技术，而且，由于其应用的广泛性，技术支持和工具 是根据自身的需要，研制适合自身需求的计算机，结果 比较多，开发方便性较好，同时，标准化程度高，兼容多 造成各军种间计算机的硬件，软件“烟囱”式发展，品种 种硬件平台。因此，利用Ｌｉｎｕｘ操作系统开放的源代码 型号繁多，兼容性差，难于取得统一标准。 为基础，研究军用嵌入式软件平台是必要的。 为改变这种各自为政的局面，在２０世纪６０年代 ２．３充分利用国内外智力资源 末，美军军用嵌入式计算机的硬件确定了指令系统结 目前国内已有多家研究单位对基于开放源代码协 构标准。该标准对计算机结构作了描述，规定了软硬件 议的Ｌｉｎｕｘ操作系统展开应用开发并迅速取得了不小 接口标准。美国国防部还发布了ＤｏＤＩＳ０００．５Ｘ指令， 成果。充分利用这些成果在软件平台体系架构设计时， 规定了空军、陆军和海军的军用指令系统的标准。 借鉴美国国防部体系架构ＤＯＤＡＦ和国防信息基础设 指令系统结构标准化后，大大减少了硬件和软件 施平台（ＤＩＤ、通用操作环境（ＣＯＥ）的设计思想，并结 的种类，降低了由于使用多种语言而引起的软件研制、 合我国装甲武器装备信息系统的特点，构建先进、实 移植等诸多问题。从此，美军各军种使用的嵌入式计算 用、标准、规范的软件平台体系。 机被在符合军用指令系统结构标准的范围之内。 在总体框架上，选用ＣＯＲＢＡ、ＤＣＯＭ、Ｊ２ＥＥ等先 但到了２０世纪９０年代后，商用计算机在技术上 进的开发技术，实现平台构件化开发。 已远远超过军用计算机，同时，美军认为苛刻的环境在 ２．４嵌入式软件构件技术研究 实际中极少遇到，ＣＯＴＳ计算机在进行温度、湿度、振 武器平台嵌入式软件目前存在的主要问题是没有 动和冲击等加固后，一般能够满足军方需求。为此， 形成系列化、标准化、构件化的产品，不仅不同兵种的 １９９４年美军前国防部佩里提出了ＣＯＴＳ倡议，即 嵌入式软件技术不同，即使同一兵种的嵌入式软 采用商用现代技术或产品，这样在引进最先进技术的 件由于没有统一的设计规范、每个型号研制，无法 同时，可以缩短研制周期，降低产品或价格。现在美军 共用技术和成果。研究嵌入式软件构件库的建立、管 新研制的嵌入式计算机已广泛使用了ＣＯＴＳ产品。 理、更新方法，为软件构件的高效使用提供支持环境。 同时，美军取消了ＤＯＤＩＳ０００．５Ｘ指令后，军方采 装甲车辆嵌入式软件设计应着眼总体设计，按照 购军用计算机的由原来符合军用规格计算机转向 工程化、模块化、层次化、构件化的要求进行设计。设计 非研制项目和ＣＯＴＳ产品，并特别注重开放体系结 遵循以下原则： 构，要求在芯片、总线和操作系统选择上遵循开放系统 ①制定全军嵌入式软件标准和规范； 标准，提高计算机的互连、互通、互操作性，易于升级。 ②武器平台软件与指挥系统软件进行一体化设计 ２．２ Ｌｉｎｕｘ操作系统的战术应用研究 （即火指控软件一体化设计），提高系统间的互操作能 在计算机系统中，操作系统是计算机软件最基础 力； 的部分。目前，国际上能够完成系列操作系统产品 ③实现软件功能与结构的通用化和模块化，并采 开发的只有美国。虽然可以购买商用操作系统用于军 用一致的用户接口形式，便于系统维护和功能扩充； 事用途，但如果不掌握其核心源代码，必将会对由其控 ④采用分层设计等思想，实现整个软件的开放式 维普资讯 http://www.cqvip.com 军用嵌入式系统发展思考 体系结构设计。根据面向架构设计的 特点，通过制定一组策略、实践及框 架，并设计一组可互操作的、可组装 的、可复用的、可发布的构件，通过利 理平台的开发与研究。地理信息和战场态势标绘技术 在地理信息平台的基础上，提供战场敌我态势标绘、地 图放大、缩小、漫游等功能；地理信息分析主要包括空 间数据分析、空间数据处理、信息查询等技术研究。 图１系统结 构图 用与实现环境无关的消息协议使服 务间能互操作，实现软件体系结构的 平台无关性和开放性特点。 从分层设计的角度，整个系统结构如图１所示。 ２．Ｓ嵌入式军用地理信息系统及态势标绘软件研究 ３结论 嵌入式计算机系统现在已广泛地用于军用各种武 器控制（从火炮控制、导弹控制、智能到制导引爆 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，运行于通用计算机平台上的军用地理信息 系统已经比较成熟，如陆军指挥系统一体化军用地理 信息系统已广泛使用，但在武器平台的嵌入式计算机 领域，还没有形成成熟的、通用的、系列化的产品。随着 通信能力和计算机处理能力的提高，基于嵌入式操作 系统的通用嵌入式地理系统开发平台急需解决。配合 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、、办公室、实验 室以及个人家庭等各种场所。军用嵌入式软件从“自成 系统”到“一体设计”显得尤为重要。 参考文献 军用地图，卫星定位系统技术能够让各作战个体精确 地确定自己的位置，为特殊地形下的集结或特定 目的的行进提供保证。 嵌入式军用地理信息系统及态势标绘软件研究内 容包括地理信息数据管理技术、地理信息和战场态势 标绘技术及嵌入式地理信息分析技术。地理信息数据 管理技术必须基于嵌入式操作系统，利用通用的图形 图象信息管理与数据库开发技术进行数字地理信息处 Ｅｌｉ 陆军装备与技术发展综合研究文集Ｅｃ］．北京：北方科 技信息研究所，２００５． Ｅ２］ 宋跃进．指挥控制与火力控制一体化研究Ｅｃ］．洛阳： 火力与指挥控制２００６年学术年会，２００６． （上接第６页） 自动控制系统的设计方案，本项目利用工业控制计算 机、ＰＬＣ（可编程控制器）以及现场网络控制技术，实现 印刷机墨色预置的全自动化控制。该项目所研发的系 辑功能，可以方便地构成监控画面。根据分布式控制系 统的设计方案，人机界面系统软件需要完成对整个墨 量控制系统的监控。利用组态软件具体完成了以下功 能的开发： 统具有自动化程度高、墨量预置准确、操作简单等优 点，在降低成本、提高质量和效率等方面作用巨大，可 广泛应用于彩报印刷行业，其社会效益和经济效益显 著，且具有广泛的推广应用价值。 参考文献 ①系统总体运行状态监控：显示系统设备的总体 情况和基本运行状态； ②任意设备运行状态监控：以动画形式显示各设 备运行状态和墨量大小信息，并以动画和报表的方式 直观加以显示。同时，可以通过键盘或鼠标直接对任意 试验设备实现手动自动运行控制； ③趋势曲线：对检测的参数显示实时趋势曲线， ［１］ 刘国平，李驹光，聂雪媛等．基于以太网的现场网络化 控制系统ＥＪ］．吉林大学学报，２００４，２２（４）：４４４—４４８． Ｅ２］ 孙小智．ＦＸ２Ｎ系列ＰＬＣ构建的ＣＣ—ＬｉｎＫ系统ＥＪ］．机 床电器，２００７，３４（４）：２８—２９． 查询历史趋势曲线； ④历史数据查询：对检测的所有数据以表格的形 Ｅ３－］ 孙玉秋．提高印刷模量控制数学模型精度的探讨ＥＪ］． 北京印刷学院学报，１９９９，７（３）：２１—２３． 式显示，提供查询； ⑤生成报表：自动生成数据报表，提供编辑、打 印、查询等功能。 Ｅ４－］ 张利彪，周春光，马铭等．基于粒子群算法求解多目 标优化问题［Ｊ］．计算机研究与发展，２００４，４１（７）：１ ２８６—１ ２９１． ３结束语 本文提出了一种基于网络的多级化彩报印刷墨量 Ｅ５］ 张运刚，宋小春，郭武强．从入门到精通一三菱ＦＸ２Ｎ ＰＬＣ技术与应用［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００７．
