はじめに：
電子戦（EW）での目に見えない衝突は、ミッションの成功または戦闘機の生存を決定する意味を持ち、ほんの一瞬で勝ち負けします。衝突は組み込みRFシステムによって引き起こされます。 レーダーシステムを駆動するものもあれば、レーダーを妨害およびなりすましするもの、またはIEDの制御信号を妨害するものもあります。また、船舶や航空機の種類を特定する敵の操作を検出するため、または検出から保護するためにも使用できます。
特定の状況への技術の適合：
すべてのEWアプリケーションは、DSPテクノロジーの進歩を利用して新しいレベルの対戦機能を実現しています。ADCおよびDACチップは、幅広いサンプリングレートとENOBパラメータを提供するようになり、システム設計者はますます困難な帯域幅とSNRの課題に対応できるようになりました。回路密度も増加しており、一部の個別ADC/DACチップは8chの同時チャネルをサポートしています。より多くのチャネル、より広い帯域幅、より低いレイテンシに対するアプリケーションの要求も、RFエレクトロニクスの処理部分の進歩を促進しています。個々のプロセッサが高速になるだけでなく、多くの場合同じRFシステム内で複数のタイプのプロセッサが使用されます。汎用CPUはFPGAおよびGPGPUと組み合わされ、各プロセッサタイプは特定の計算スタイルを活用する処理チェーンのセクションに挿入されます。たとえば、レーダーのスプーフィングと妨害は、高い演算能力と決定的なスループットを必要としますが、同じ算術演算が繰り返し実行されるため、意思決定やコンテキストの切り替えは必要ありません。並列スループットと確定性に優れたFPGAは、これらのアプリケーションのRF信号処理チェーンの重要な部分であるフィルタリングとデジタルダウンコンバートに最適です。
コグニティブEWをサポートする設計を実装するには、より複雑なプロセッサセットが必要です。この急速に進化する新しい機能は、ミッション中に現場の新しい脅威を検出、学習、適応できる再構成可能なハードウェアとソフトウェアに依存しています。コグニティブEW設計はADC/DACシリコンとFPGAで始まり、次に汎用プロセッサ（通常はx86またはARMアーキテクチャ）を追加して、コグニティブ技術に伴う意思決定と分岐を管理します。高度なデザインにはGPGPUが含まれており、一部の計算集約的な手法に追加の処理能力を適用する場合もあります。現在の技術は、明らかにRF設計者に幅広い選択肢を提供しています。今日のオプションを視野に入れるには、テクノロジーと選択肢がどのように進化したのかを見ると便利です。
組み込みRFソリューションの進化：
マルチボードの6U VMEシステムは、RFアプリケーションに使用される最初のCOTSソリューションでした。システムはVME標準シャーシに実装され、商用世界の処理およびRF変換テクノロジーを使用しました。設計を商用電子機器に基づいて行うことにより、これらの初期システムは巨大な非防衛市場によって推進されるパフォーマンスの急速な向上という重要な利点を得ることができました。そして、そのテクノロジーを6U VMEボードに実装し、耐久性の高い特性を備えて、防衛プラットフォームに展開できるようにしました。
この基本的なアプローチは、電子システムの戦場の課題の拡大に対応しながら、RFシステムと進化する防衛フォームファクターの世代を超えて引き継いできました。ADC/DACボードのチャネル帯域幅は拡大し続け、データストリームの効率的な並列処理には強力なFPGAが採用されました。次に、VPXバックプレーンがVMEに取って代わり、データ通信の複数のプレーンにわたってより大きなシステム帯域幅を提供することで、RFシステム全体のスループットが飛躍的に向上しました。
VPXに加えて2つの追加の技術トレンドにより、RFシステム機能が大幅に向上しました。まず、前述のように、高度なアーキテクチャでは、データ処理チェーン全体でさまざまな種類のプロセッサの使用が開始されました。これらのマルチアーキテクチャシステムでは、各プロセッサタイプは、VPXによって有効化されたプロセッサ間の高帯域幅データ転送により、計算能力に適合するチェーン内の役割を実行します。
2番目の傾向はますます強力で、より完全なADC/DACシリコンであったため、複数のチップを必要としていた変換機能が1つに統合されました。 6U ADC/DACボードの機能は更に小型化されたフォームファクターに実装され、最終的にFMCなどの簡単に構成できるメザニンカードに適合しました。
次のステップでは、FPGAを搭載したキャリアカードにADC/DAC FMCをマウントし、コンポーネントを低遅延LVDSデータバスまたはJESD204B高速シリアルリンクで接続しました。これにより、単一スロットにRFデータ集録および処理チェーンが緊密に統合されました。 SWaP制約のあるプラットフォームに展開可能な高密度処理3U VPXシステムに高機能システムを実装すると、さらに統合が実現しました。
より高密度なソリューションへの広範な業界トレンドは、特定のタイプのアプリケーションに焦点を当てた、1つのチップに複数の機能を組み合わせたシリコンの処理技術における最近のブレークスルーにより、さらに一歩前進しました。RFの場合、これはADC、DAC、専用ロジック、および複数の処理コアを単一のシリコンコンポーネントに統合するRFシステムオンチップ（RFSoC）テクノロジーで実装されます。商用RF通信用に開発されたRFSoCテクノロジーは、レーダーやEWにも最適です。この密接に統合されたテクノロジーは、スペース効率の高い3U VPXシステムでの展開に適しています。
VP430の紹介：
最近導入されたAbaco Systems社のVP430は、Xilinx ZU27DR RFSoCテクノロジーに基づいています。8個のADCと8個のDAC同期チャネルを備え、さらに大規模なシステムアプリケーション向けに複数のボードを同期する機能を備えた、最も密度の高いアナログFPGA DSPボードの1つです。統合されたADC/DAC機能に加えて、ZU27DRチップには、構成可能なFPGAロジック要素、マルチプロセッサ組み込みARM Cortex-A53アプリケーション処理ユニット（APU）、およびARMリアルタイム処理ユニット（RPU）が含まれています。これらすべてのデバイスを単一のチップに統合することで、アナログ信号処理の多く（通常はデジタルレシーバーのアンテナの近くで行われる）をデジタルドメインにシフトし、RF信号処理チェーンの複雑さを軽減できます。
VP430は、高度に統合されたアーキテクチャにより、前例のない機能を1つの3U VPXスロットにまとめています。 また、処理チェーンのデータ移動の大部分がVP430内で実装されるため、バックプレーンの帯域幅負荷も削減されます。統合されたARMプロセッサのロジックおよび分岐機能により、3U VPXシステムでの決定および制御プロセスの実装、GPUまたはCPU効率の最適化、または一部のアプリケーションでは追加のプロセッサの必要性を完全に排除できます。意思決定処理とRF信号処理を統合することにより、VP430はコグニティブEWアプリケーションを実装するための完全なモジュールになります。
VP430には、ネイティブVPX PCI Express Gen3データプレーンのスループットが不十分な場合やリモートクライアントでデータストリーミングが必要な場合に、12 Gbpsを超える転送用にFireFly x 8チャンネルVITA 66.4光ファイバーインターフェイスを使用して構築するオプションが含まれています。3U VPXモジュールとして、VP430は3U VPXの幅広いマルチアーキテクチャプロセッシングボードで構成でき、システム設計者はSWaP制約のあるプラットフォームに展開する新しい設計に非常に柔軟に対応できます。また、スペースの制約により過去には利用できなかった追加機能を備えた既存のプラットフォームの技術アップグレードもサポートします。
多くのアプリケーションに最適ですが、すべてではありません：
VP430は、以下を必要とするアプリケーションを含む、さまざまなEWアプリケーションに大きな利点を提供します。
● 入出力に複数の高帯域幅RFチャネルを採用しています。
● 既存の3Uプラットフォームに統合するか、完全に新しい設計のために、スペースに制約のあるプラットフォーム内で動作します。
● 複数のADC/DACチャネルを単一のカードに統合することにより、システムの総コストを削減します。
● 全体的な電力消費を削減します。
ただし、他のEWアプリケーションは、ADC/DAC FMCで強化されたFPGA処理キャリアカードを使用した設計から恩恵を受ける場合があります。 これらは、以下が必要なアプリケーションが含まれます。
● 入力および出力用に少数のRFチャネルのみで動作
● キャリアカードを中心に既に設計された最新のシステムに統合し、テクノロジーの挿入とアップグレードを簡素化
● プロセッサをADCおよびADCからハードウェアレベルで切り離し、独立したアップグレードを可能にする
● 単一セットのデジタルプロセッサが複数のRFアプリケーションをサポートし、それぞれがADC/DAC FMCを使用して実装された独自のアナログプロファイルを持つシステムで動作する
● 非常に強力なレベルのFPGA処理が必要
● わずかなチャネル数とFPGAのパフォーマンスのみが必要で、非常に低コストのソリューションに変換する
● FPGAベースのアルゴリズムによる前処理を行わずに、デジタル化されたデータを汎用プロセッサまたはGPGPUに直接転送する処理チェーンを使用する
Abacoは、可能な限り最高のアプリケーションフィットを提供することに重点を置く：
Abaco社は、FMCサイトを備えたVP430、3U/6U FPGAキャリアボード、文字通り数十品目のADC/DAC FMCなど、広範なチャネル、データレート、信号解像度パラメータに及ぶ包括的な組み込みRFソリューションを提供します。この標準ベースのコンポーネントの選択により、システム設計者は、レガシーの制約に適合させ将来のアップグレードを予測しながら、アプリケーションのパフォーマンス要件を満たすことに集中できます。
私達は幅広い経験と成功の実績を組み込みEWデザインにもたらします。当社の専門家がソリューション設計チームと協力して、最適なアプリケーションに適合する製品の組み合わせを選択します。Abaco社では、専用のソフトウェアツールを使用して特別なデザインスタイルを採用したり実装したりすることはできません。 標準フォームファクターとCOTSコンポーネントが当社のビルディングブロックです。
VP430の詳細：
VP430は、革新的Xilinx ZU27DR RFシステムオンチップテクノロジー（RFSoC）を備えた3U VPX RF処理システムです。VP430で使用されるZU27DRデバイスには、4GSPSの8つの統合アナログ-デジタルコンバーター、6.4 GSPSの8つのデジタル-アナログコンバータ、ユーザープログラマブルFPGA、およびマルチコアZynq ARMプロセッシングサブシステムが含まれます。VP430は、最も密度の高い3U VPXアナログFPGAキャリアボードの1つであり、16チャンネルすべてと、さらに大きなシステムアプリケーション向けの複数ボードを同期する機能を備えています。前世代のテクノロジーでは、この組み合わせの実装には4倍のボードが必要でした。
仕様：
■ フォームファクター ：VPX 3U
■ 冷却 ：エアクール、コンダクションクール
■ コンフォーマルコーティング ：オプション
■ データレート ：4000 Msps入力、6400 Msps出力
■ チャンネル ：8chアナログ入力、8chアナログ出力
■ オペレーティングシステム ：Linux、VxWorks、Windows
■ メモリ ：8 GB DDR4
■ 分解能 ：12ビット入力、14ビット出力
■ FPGAファミリ ：Zynq Ultrascale + RFSoC
Abaco FPGAキャリアボードとADC/DAC FMC：
Abaco社 FPGAキャリアボードは、オープンな業界標準に準拠するように設計されています。FPGA処理の固有の柔軟性と緊密に接続されたFMCサイトを組み合わせることで、幅広いアプリケーションに対応できる高度な構成を提供します。
オプションには、VP868およびVP869 6U VPX FPGAボード、VP880、VP881、およびVP889 3U VPX FPGAボードが含まれます。これらは、さまざまなザイリンクスVirtex Ultrascale + FPGAおよびZynqR Ultrascale +マルチプロセッサシステムオンチップ（MPSoC）シリコンによって駆動されます。Zynq MPSoCは、多くのアプリケーションでシングルボードコンピューターの必要性をなくし、設計者に複雑さを軽減しながらシステムパフォーマンスを最大化する効率的な方法を提供します。
キャリアボードベースのRFアプリケーション構成は、ADC/DAC FMCで完了します。 設計者は膨大な範囲のAbaco社 FMCから選択できます。これらのFMCは、1～8チャネルをサポートし、データ解像度は8～16ビット、データレートは125～6400 Mspsです。 LVDSおよびJESD204Bインターフェイスがサポートされています。これらのFMCは、組み込みEWにモジュール性、柔軟性、および高性能I/Oを提供します。
まとめ：
電子戦（EW）の課題と重要性は拡大し続けており、アプリケーションの要件は難易度を高めています。幸いなことに、組み込みのRFテクノロジは、広く世界的なエレクトロニクス市場によって推進されている商用シリコン性能の飛躍を活用することにより、アプリケーション要件に対応します。RFSoCテクノロジーは最新の商用RFブレークスルーであり、特にスペースに制約のあるプラットフォーム内で、複数のチャネルにわたるパフォーマンスを必要とする多くのEWアプリケーションに顕著な利点を提供します。Abaco社のVP430は、まったく新しいザイリンクスZU27DR RFシステムオンチップ（RFSoC）テクノロジーを搭載した最初の3U VPX COTSソリューションです。ただし、すべてのアプリケーション設計は、RFパフォーマンスパラメータだけでなく、フォームファクターの考慮事項やレガシーシステムとの互換性などの要件に基づいて、個別にアプローチする必要があります。Abaco社は、設計チームと連携して、利用可能な幅広い選択肢から最適化された組み込みRFソリューションを選択する独自の立場にあるため、設計上の決定はテクノロジーのボトルネックではなく、アプリケーションの要件によって決まります。
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原文ドキュメント：Abaco Systems社
selecting-the-optimal-dsp-solution-for-ew-applications.pdf
Selecting the Optimal DSP Solution for EW Applications
関連製品
VP869：FMC+対応 Virtex UltraScale FPGAボード (VPX)
VP868：FMC+対応 UltraScale FPGAボード (VPX)
Abaco Systems社について
Abaco Systems社は、30年以上前の英国Plessey Microsystems社がルーツとなる企業です。Plessey社はICS社とOctec社を買収してRadstone社となりました。2006年にRadstone社は、SBS社、VMIC社、Condor社などの組み込みコンピューティング企業を買収したGE Fanuc Embedded Systems社に買収されました。2015年にEmbedded Computing部門がVeritas Capital社に買収され、Abaco Systems社が誕生しました。更にAbaco Systems社は4DSP社を買収し、FPGAボードやAD/DA FMCモジュールのラインナップを拡充して組み込みシステムビジネスのリーダーとしてマーケットを牽引しています。Abaco Systems社の詳細については、www.abaco.comを参照してください。