Os módulos FPGA militares proporcionam um processamento reconfigurável e determinístico para sistemas de defesa e aeroespaciais que lidam com cargas de trabalho relacionadas com sensores de elevada largura de banda, comunicações, radares, guerra eletrónica, imagem e controlo. As arquiteturas disponíveis incluem placas de processamento FPGA, System-on-Modules, placas mezzanine, SoCs FPGA, RFSoCs e projetos robustos ou tolerantes à radiação.
Esta página apresenta fabricantes de módulos FPGA que oferecem soluções VPX, OpenVPX, FMC/FMC+, XMC e PCIe para integração em computadores incorporados, aviónica, sistemas de missão e cargas úteis de sensores.
Leia o Visão geral da tecnologia
Módulos de computação e E/S de vídeo robustos e de alto desempenho: 6U e 3U VPX e XMC para aplicações de defesa
Processamento de imagens robusto e eletrônica de missão crítica para sistemas de defesa
Eletrónica avançada para o setor militar e de defesa, eletro-óptica, imagem térmica, FPGA, sistemas incorporados, IoT industrial e soluções de energia inteligente
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Os módulos FPGA militares proporcionam processamento reconfigurável para sistemas de defesa e aeroespaciais que exigem tratamento de dados a alta velocidade, funcionamento determinístico e arquiteturas de hardware adaptáveis. Uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA) contém lógica configurável, interligações programáveis, memória incorporada, recursos de processamento de sinais e outros blocos de hardware que podem ser configurados para processamento específico da aplicação sem a necessidade de um Circuito Integrado Específico para a Aplicação (ASIC) dedicado, permitindo que a mesma plataforma de hardware suporte funções que vão desde o processamento de sensores e comunicações até ao radar e à guerra eletrónica.
Os projetos de FPGA de nível militar são habitualmente integrados em computadores incorporados robustos, cargas úteis de sensores, equipamento de comunicações, aviónica e sistemas de missão. Os dispositivos FPGA «System-on-Chip» (SoC) podem combinar lógica programável com núcleos de processador, enquanto as arquiteturas especializadas «Radio-Frequency System-on-Chip» (RFSoC) integram a conversão de dados a alta velocidade com o processamento digital, permitindo que grandes fluxos de dados sejam processados próximo do sensor, ao mesmo tempo que cumprem restrições exigentes em termos de latência, dimensão, peso, potência e desempenho ambiental.
FPGA militar, placa portadora da Kuantek.
O hardware FPGA militar é particularmente adequado para o processamento em tempo real, uma vez que muitos cálculos e percursos de dados podem operar simultaneamente no âmbito da lógica programável. Os módulos FPGA podem processar entradas provenientes de sistemas de radar, guerra eletrónica, eletro-ópticos, infravermelhos, acústicos, de navegação e outros sistemas de sensores, desempenhando funções como filtragem, canalização, redução de dados, sincronização e fusão de sensores antes de a informação ser transmitida para sistemas informáticos de nível superior.
As placas FPGA podem processar fluxos de imagem e vídeo de elevada largura de banda com latência previsível, tornando-as adequadas para aplicações como correção, melhoria, redimensionamento, filtragem, compressão e conversão de formato de imagens. Podem também pré-processar dados provenientes de sensores eletro-ópticos e de infravermelhos para cargas de trabalho de visão computacional e inteligência artificial, reduzindo a quantidade de imagens em bruto que têm de ser transferidas para Unidades Centrais de Processamento (CPUs), Unidades de Processamento Gráfico (GPUs) ou outro hardware de processamento.
As arquiteturas de radar FPGA e de guerra eletrónica utilizam lógica programável altamente paralela para operações de processamento de sinais computacionalmente intensivas, permitindo que múltiplas funções sejam executadas em simultâneo com baixa latência. As aplicações militares dos FPGAs podem incluir formação de feixes digitais, processamento de impulsos, cálculos da Transformada Rápida de Fourier, canalização, análise de espectro, deteção de sinais, geração de formas de onda e processamento de localização de direção, enquanto as interfaces de alta velocidade permitem que o hardware processe grandes volumes de dados digitalizados de radiofrequência e frequência intermédia.
Os módulos FPGA para a defesa podem realizar o processamento em banda base e em frequência intermédia para comunicações táticas, rádios definidos por software, comunicações por satélite e ligações de dados. As funções típicas incluem modulação e demodulação, conversão digital ascendente e descendente, filtragem, codificação de canais, correção de erros e processamento de pacotes, enquanto a reprogramabilidade permite a introdução de formas de onda e funções de processamento atualizadas sem a necessidade de substituir toda a arquitetura de hardware.
Os módulos FPGA podem fazer a ponte entre diferentes interfaces digitais e protocolos de comunicação no âmbito de sistemas eletrónicos militares complexos, ajudando a ligar equipamento antigo a arquiteturas modulares mais recentes de computação ou de sensores. A lógica programável pode gerir ligações seriais de alta velocidade, Ethernet, Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express), interfaces de sensores, conversores de dados e barramentos personalizados, ao mesmo tempo que realiza funções de armazenamento em buffer, encaminhamento, formatação e controlo de temporização.
O hardware FPGA pode proporcionar temporização precisa, acionamento, sincronização e controlo determinístico para sistemas eletrónicos distribuídos, tornando-o útil em situações em que vários sensores ou subsistemas têm de operar em sequências rigorosamente coordenadas. As aplicações no domínio da defesa incluem a gestão da aquisição de dados, a geração de sinais de temporização, a sincronização de canais, a coordenação de sensores e o controlo de hardware periférico, com percursos de temporização dedicados capazes de operar de forma independente e simultânea, em vez de dependerem inteiramente da execução sequencial de software.
Hardware FPGA, placa de processamento de imagem com GPU e FPGA da Futuris. [ /caption]
Os módulos FPGA militares estão disponíveis em várias arquiteturas adequadas a diferentes cargas de trabalho de processamento, requisitos de integração, condições ambientais e restrições do sistema.
A escolha entre estes tipos de módulos FPGA depende da carga de trabalho de processamento, dos requisitos de interface, das condições ambientais, do espaço disponível, dos limites de potência e da arquitetura do sistema em geral.
Os fabricantes de FPGA militares e os fornecedores de placas FPGA oferecem hardware de processamento em formatos padronizados e específicos para cada aplicação, cada um proporcionando diferentes combinações de modularidade, robustez, densidade de E/S, capacidade de refrigeração e compatibilidade com arquiteturas de computação incorporadas no setor da defesa.
| Fator de forma | Características principais | Integração típica |
| Placas FPGA VPX e OpenVPX | Arquiteturade backplane robusta que suporta conectividade serial de alta velocidade e processamento incorporado escalável | Sistemas de radar, guerra eletrónica, computação de missão e processamento de sensores |
| Placas Mezzanine FPGA (FMC) e módulos FMC+ conformes com a norma VITA 57 | Normas para placas mezanino FPGA destinadas a adicionar conversão de dados, redes, RF e outras E/S de alta velocidade | Sistemas modulares de processamento FPGA e de interface de sensores |
| Módulos FPGA de placa mezanino comutada (XMC) | Formato mezanino compacto compatível com PCI Express e outras interfaces de alta velocidade | Computadores incorporados que requerem aceleração FPGA adicional ou E/S |
| Placas FPGA PCI Express (PCIe) | Placas aceleradoras ou de processamento FPGA que se ligam através de PCI Express | Plataformas de desenvolvimento, computadores de missão, processamento de sinais e sistemas de dados de elevado débito |
| Arquiteturas COM Express e de portadoras incorporadas | Arquiteturas de computação modulares que podem combinar módulos de processador com hardware de suporte ou complementar baseado em FPGA | Sistemas integrados de processamento e controlo incorporados |
| Módulos FPGA personalizados e específicos para aplicações | Placas concebidas especificamente para interfaces, dimensões mecânicas ou requisitos de processamento específicos | Equipamentos eletrónicos de defesa com restrições de espaço ou altamente especializados |
A seleção do formato está intimamente ligada à compatibilidade com o backplane, ao arrefecimento, às entradas/saídas disponíveis, ao tamanho do sistema, à qualificação ambiental e ao débito de dados exigido pela aplicação.
Vários desenvolvimentos estão a ampliar a densidade de processamento, a integração e a segurança proporcionadas pela engenharia de FPGA para aplicações de defesa e aeroespaciais.
Em conjunto, estes desenvolvimentos estão a aumentar a capacidade de processamento de radar, comunicações, sensores e missões que pode ser realizada no interior de módulos FPGA militares compactos, mantendo simultaneamente a reconfigurabilidade que distingue a tecnologia FPGA do hardware de processamento de função fixa.
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