Embedded-Boards sind kompakte Rechenplattformen, die in elektronischen Systemen der Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrt Funktionen in den Bereichen Verarbeitung, Steuerung, Vernetzung und Datenverarbeitung bereitstellen. Zu den Architekturen zählen Einplatinencomputer, VPX- und OpenVPX-Module, VME- und CompactPCI-Boards, Computer-on-Module-Designs, FPGA-Module sowie GPU-basierte Verarbeitungsplattformen.
Auf dieser Seite werden Hersteller von Embedded-Boards vorgestellt, die Lösungen für Missions-Computing, ISR, Radar, elektronische Kriegsführung, Avionik und maritime Systeme anbieten.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Robuste Hochleistungsrechner und Video-E/A-Module: 6U und 3U VPX sowie XMC für Verteidigungsanwendungen
Robuste Bildverarbeitung und missionskritische Elektronik für Verteidigungssysteme
Hochentwickelte Militär- und Verteidigungselektronik, Elektrooptik, Wärmebildtechnik, FPGA, eingebettete Systeme, industrielles Internet der Dinge (IIoT) und intelligente Energielösungen
Leistungsstarke Edge-Videoverarbeitung und KI-gestützte Verteidigungslösungen
Robuste Displays für einsatzkritische Anwendungen, Embedded-Computing und Elektronik für Verteidigungssysteme
Modernste NDAA-konforme elektronische Hardwarekomponenten für missionskritische Drohnen- und Roboterplattformen. Hergestellt in den USA.
Hochleistungs-Videografik, GPGPU, KI/ML-Verarbeitung und Display-Lösungen für missionskritische Umgebungen
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Embedded-Boards übernehmen die Funktionen der Verarbeitung, Steuerung, Vernetzung und Datenverarbeitung, die das Herzstück vieler elektronischer Verteidigungssysteme bilden. Je nach Architektur kann ein Embedded-Computer-Board Prozessoren, Arbeitsspeicher, Speichermedien, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und spezialisierte Beschleuniger in einem kompakten Modul vereinen, das für die Integration in eine größere Plattform ausgelegt ist.
Militärische Anwendungen erfordern oft mehr als die Leistung handelsüblicher Computer. Eine robuste Embedded-Computing-Platine muss unter Umständen unter Vibrationen, extremen Temperaturen, elektromagnetischen Störungen, eingeschränkten Kühlmöglichkeiten und langen Programmlebenszyklen betrieben werden können. Formfaktor, Verarbeitungsarchitektur, E/A, Umgebungsauslegung, Cybersicherheit, Lebenszyklusunterstützung und Interoperabilität beeinflussen daher die Auswahl von Embedded-Computing-Platinen.
GPU- und FPGA-Bildverarbeitungsplatine von Futuris Electronic
Ein Einplatinencomputer vereint die wichtigsten Rechenfunktionen, die für den Betrieb eines Embedded-Systems erforderlich sind, auf einer einzigen Leiterplatte. Eine Embedded-SBC-Platine kann eine CPU, Systemspeicher, Speicherschnittstellen, Netzwerkfunktionen, Grafikfunktionen sowie Peripherie-E/A-Anschlüsse umfassen, wodurch sie sich für Missionscomputer, Fahrzeugelektronik, Steuerungssysteme und dezentrale Rechenknoten eignet.
VPX-Platinen verwenden robuste 3U- oder 6U-Steckmodulformate mit seriellen Hochgeschwindigkeits-Fabrics und Backplane-Anschlüssen. OpenVPX wendet definierte Profile für Steckplätze, Module, Backplanes und Verbindungen an, die die Interoperabilität innerhalb modularer Systemarchitekturen verbessern. Eine eingebettete VPX-Platine eignet sich für modulare, leistungsstarke Verarbeitungsarchitekturen, bei denen Bandbreite, Kühlung, Skalierbarkeit und Technologieeinführung eine wichtige Rolle spielen.
VME-Karten nutzen eine Parallelbus-Architektur, die bereits vor den neueren Standards für geschaltete Fabric-Strukturen etabliert wurde. Sie behalten ihre Relevanz dort, wo bestehende militärische Plattformen auf installierte VME-Infrastruktur, Software und E/A angewiesen sind. Neuere eingebettete CPU-Karten können zudem Modernisierungsprogramme für Altsysteme unterstützen, wenn der Austausch einer gesamten Rechenarchitektur unpraktisch oder mit unnötigen Störungen verbunden wäre.
CompactPCI wendet modulare Eurocard-Mechanik und PCI-basierte Konnektivität auf den Embedded-Computing-Bereich an, während CompactPCI Serial serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie PCI Express und Ethernet über die Backplane nutzt. Diese Embedded-Computer-Karten können Verteidigungssysteme unterstützen, die von modularer Erweiterbarkeit, definierten Backplane-Schnittstellen und einem strukturierten Ansatz zur Integration von Prozessor-, Netzwerk-, Speicher- und Peripheriekarten profitieren.
Bei Computer-on-Module-Architekturen werden Rechenkern, Speicher und Standardschnittstellen auf einem austauschbaren Modul untergebracht, das an einen anwendungsspezifischen Träger verbunden wird. Dieser Ansatz trennt die Prozessortechnologie von der Plattform-E/A, sodass Entwickler den Träger individuell anpassen können, während gleichzeitig ein überschaubarer Weg für Prozessor-Upgrades, Technologieaktualisierungen und Änderungen im Lebenszyklus erhalten bleibt.
Condor NVB500xX, robuste XMC-Grafik- und GPGPU-Karte von EIZO Rugged Solution
XMC-Mezzanine-Module erweitern eine Host-Platine über kompakte, schnelle Schnittstellen um spezielle Verarbeitungs- oder E/A-Funktionen, während Trägerkarten die Host-Anschlüsse und die physische Unterstützung bereitstellen, die für die Integration dieser Module in ein größeres System erforderlich sind. XMC-Module können FPGA-, Netzwerk-, Speicher-, Grafik- oder Datenerfassungsfunktionen bereitstellen, ohne dass für jede dieser Funktionen eine Platine in voller Größe erforderlich ist, was dazu beiträgt, die Funktionsdichte in Embedded-Systemen mit begrenztem Platzangebot zu erhöhen.
Eine eingebettete FPGA-Platine nutzt programmierbare Logik für eine hochparallele und deterministische Datenverarbeitung. FPGAs sind besonders nützlich, wenn Sensorströme mit vorhersehbarer Latenz gefiltert, transformiert, paketiert oder analysiert werden müssen, beispielsweise in Radar-, elektronischen Kriegsführungs-, Kommunikations- und Bildgebungssystemen. Sie können zudem kundenspezifische Schnittstellen und Vorverarbeitungsfunktionen nahe an der Datenquelle implementieren.
Eine eingebettete GPU-Platine stellt Ressourcen für die parallele Verarbeitung von Grafik- und allgemeinen Rechenaufgaben bereit, wobei sich der Begriff GPGPU auf die Nutzung von GPU-Ressourcen für nicht-grafische Berechnungen bezieht. In Verteidigungsanwendungen können GPUs für Bildverarbeitung, Sensorfusion, Computer Vision, KI-Inferenz und Visualisierung eingesetzt werden. Bei der Integration muss ein Gleichgewicht zwischen Rechendurchsatz und Anforderungen hinsichtlich Stromverbrauch, Wärmeabgabe, physischer Größe, Speicherbandbreite sowie Datenübertragung hergestellt werden.
Embedded-Prozessorplatinen auf Basis von x86-Architekturen unterstützen softwareintensive Arbeitslasten, die von ausgereiften Betriebssystemen, Entwicklungstools, Virtualisierungsoptionen und einer breiten Anwendungskompatibilität profitieren. Sie kommen üblicherweise für Missionsberechnungen, Kommando- und Kontrollfunktionen, Datenverarbeitung sowie Mensch-Maschine-Schnittstellen in Betracht, bei denen allgemeine Rechenleistung und Softwareportabilität im Vordergrund stehen.
Arm-basierte Embedded-Boards können innerhalb begrenzter Leistungsrahmen eine hohe Rechenleistung bereitstellen. Sie kommen in Anwendungen der Steuerung, Kommunikation, Autonomie und Edge-Verarbeitung zum Einsatz. Ihre Eignung hängt von der Softwareunterstützung, den erforderlichen Schnittstellen, dem Echtzeitverhalten, der Integration von Beschleunigern, den Sicherheitsfunktionen sowie den elektrischen und thermischen Grenzen der Host-Plattform ab.
Missionscomputer führen Daten von Sensoren, Kommunikationsgeräten, Navigationssystemen und Bedienerschnittstellen zusammen. Embedded-Computing-Boards in ISR-Architekturen können die Erfassung von Sensordaten, Datenfusion, Bildverarbeitung, Aufzeichnung und Netzwerkverteilung übernehmen, während sie innerhalb strenger Plattformgrenzen hinsichtlich Platz, Stromversorgung, Kühlung, Bandbreite und Latenz arbeiten.
Radarsysteme und Systeme der elektronischen Kriegsführung erzeugen große, kontinuierliche Datenströme, die eine schnelle Weiterleitung und Verarbeitung erfordern. FPGA-, GPU- und Multicore-Prozessorplatinen können Arbeitslasten wie digitale Signalverarbeitung, Beamforming, Erkennung, Klassifizierung und Datenreduktion entsprechend den Anforderungen an Latenz, Durchsatz und Determinismus auf spezialisierte Rechenressourcen verteilen.
Flugzeuge und unbemannte Luftfahrzeuge nutzen eingebettete Platinen für die Missionsverarbeitung, Nutzlaststeuerung, Navigation, Kommunikation und Autonomie. Bei luftgestützten Konstruktionen liegt besonderer Wert auf geringes Gewicht, effizientes Wärmemanagement, deterministische Schnittstellen, Umweltbeständigkeit und sorgfältige Leistungsplanung, insbesondere bei kleineren Plattformen mit begrenzter Kühlkapazität.
Bodenplattformen nutzen eingebettete Computerplatinen für Wahrnehmung, Navigation, Kommunikation, Lageerfassung und Nutzlastmanagement. Die Robustheit muss den Stößen, Vibrationen, Staub, Temperaturen und elektrischen Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs Rechnung tragen und gleichzeitig eine ausreichende Rechenleistung für die Echtzeit-Sensorfusion sowie den autonomen oder assistierten Betrieb gewährleisten.
Oberflächenfahrzeuge und Unterwasserplattformen nutzen eingebettete Rechensysteme für Sonar, Navigation, Maschinenüberwachung, Kommunikation, Nutzlaststeuerung und Autonomie. Bei der Auswahl der Platinen müssen Gehäusedesign, Kühlung, Vibration, Feuchtigkeitsschutz, Korrosionsrisiken, Langzeitbetrieb sowie die hohen Datenraten berücksichtigt werden, die mit akustischen und anderen maritimen Sensoren verbunden sind.
Die geltenden Qualifizierungsanforderungen hängen von der eingebetteten Platine, dem Gehäuse, der Host-Plattform, der vorgesehenen Einsatzumgebung und den Beschaffungsspezifikationen ab. Die Qualifizierung erfolgt häufig auf Geräte- oder Systemebene, anstatt die interne Platine als eigenständig qualifizierte Komponente zu behandeln. Zu den häufig herangezogenen Normen und Architekturen gehören:
Diese Standards ersetzen nicht die plattformspezifische Entwicklung. Die Qualifizierung sollte die tatsächlichen mechanischen, elektrischen, thermischen, elektromagnetischen und einsatzbedingten Umgebungsbedingungen des Gesamtsystems sowie die geltenden Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer widerspiegeln.
Mehrere technologische Entwicklungen prägen die nächste Generation robuster Embedded-Computing-Systeme:
Für Hersteller von Embedded-Platinen und Systemintegratoren unterstreichen diese Entwicklungen die Notwendigkeit, neben der Robustheit auch die Leistung, Interoperabilität, Kühlung, Cybersicherheit, Lieferkettensicherheit, Lebenszyklusunterstützung und Upgrade-Strategie zu bewerten.
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