オープンシステムアーキテクチャ（OSA）とは？：
2013年に米国国防総省（DoD）は、防衛ハードウェアおよびソフトウェアの調達要件にオープンシステムアーキテクチャ（OSA）の原則を盛り込むことを義務付けました。OSAは、複数のベンダーから調達できる明確に定義されたモジュラーハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントの既存のオープンスタンダードを使用する必要があります。
認証されたハードウェアプラットフォームは、ミッション要求の迅速な対応、機能のアップグレード、および新しいテクノロジーの導入のために再利用可能である必要があります。これらの利点により、開発リスクが軽減され運用ライフサイクルが大幅に長くなります。
DoDサービスはOSAの義務にどのように対応したのか？：
米国の3つの主要サービス（陸軍、海軍、空軍）は、それぞれのサービスに導入されたシステムの将来の調達ニーズを満たすために、OSAの原則を取り入れた規格の開発を開始しました。
メリーランド州アバディーンにある陸軍のCCDC（Combat Capabilities Development Command）は、OpenVPX、MORA、VICTORY、REDHAWK、SCAなどのオープンスタンダードに基づくCMOSS（C4ISR/EW Modular Open Suite of Standards）を開発しました。
メリーランド州パタクセントリバーにある海軍のNAVAIR（Naval Air Systems Command）は、航空機および地上車両のミッションシステム用にHOST（Hardware Open Systems Technology）を作成しました。これはハードウェアを次の3つの層に分割します。
- プラットフォーム（機体、車両など）
- システムエンクロージャ
- ボード
後者の2つはOpenVPXのサブセットです。空軍のOMS（Open Mission Systems）イニシアチブには、SOA、UCI、FACEなどのオープンスタンダードが組み込まれており、すべてアビオニクスシステムのメッセージ、コマンド、および制御ミッション情報を標準化しています。
何がSOSAにつながったのか？：
各サービスはOSAの原則を前進させる上で大きな進歩を遂げ、OpenVPXのような一般的なオープンスタンダードや、サービス固有のプラットフォーム要件に合わせた特定の義務を共有することが多いさまざまなイニシアチブを通じて達成しました。この共通点を認識した後、国防総省と各サービスは3つの武装サービスすべてにわたって調達活動を定義するための共通イニシアチブを促進する必要性を強く認識しました。
2017年の初めに、国防総省はセンサーオープンシステムアーキテクチャ（SOSA）のアーキテクチャ研究のためのSBIR要請を発行しました。その結果、The Open Groupが管理するSOSAコンソーシアムが結成されました。これは、規格開発の取り組みに関する厳格で明確な慣行、ポリシー、および手順を備えた大規模な組織となりました。
SOSAの目的は？：
SOSAの主な目的は、レーダ、EO/IR、SIGINT、EW、および対策システムに共通の多目的バックボーンを提供するためのC4ISRのオープンシステムアーキテクチャ規格の開発と採用です。その他の目的は、プラットフォームの手頃な価格、迅速なフィールド導入、再構成可能性、新技術の導入、ライフサイクルの延長、ハードウェア/ファームウェア/ソフトウェアの再利用です。
SOSA技術作業部会の主要な作業成果物は、SOSAアーキテクチャを文書化したSOSA技術標準です。これはモジュラーシステム構造であり、機能と動作をカプセル化するためにモジュール内で緊密に統合されていますが、インターフェイスは明確に定義されています。これらのモジュールは、オープンで公開された標準に基づいている必要があり、コンセンサスベースの影響力のある利害関係者が開発を指揮し、厳密な適合性検証プロセスを備えている必要があります。技術標準は、プラグインカード、バックプレーン、シャーシ、電気コンポーネント、および主にVITA規格から派生した機械的構造仕様を定義します。SOSA適合性ポリシーは、技術基準に照らして製品を認定するためのプロセスを定義します。認証されるまでどの製品もSOSA準拠であると主張することはできません。SOSAビジネスワーキンググループは、ビジネスと調達の慣行を定義し調達プログラムのガイダンスを作成します。
SOSAに参加するのは誰？：
SOSAコンソーシアムの主な任務は、国防総省、陸軍、海軍、空軍、および産業界、学界、その他政府機関からの幅広い参加とコミットメント及び貢献です。この記事の執筆時点で、SOSAメンバーシップは、陸軍、海軍、空軍から7つと、2つの元請業者を含む9つのスポンサー組織によって構成されています。14人の主要メンバーはすべて米国の主要な防衛コントラクターです。81の構成メンバーには、有名なシステムインテグレーター、および国防総省への主要なハードウェアおよびソフトウェアサプライヤーが含まれます。これら各組織のメンバーは、規格の開発と実践を支援するためにワーキンググループで重要な役割を果たします。
SOSAのメンバーシップは米国民と組織に制限されているため、国防総省の機密要件または機密要件を軍隊の代表者が提示して、SOSA技術標準内のソリューション戦略を推進できます。このため、SOSAで進行中の議論の技術的詳細は一般に公開されない場合があります。ただし、規格が承認されて一般にリリースされると、仕様とルールのみが公開され、基礎となる機密性の高い使用ドライバーから解放されます。その時点で、米国外の企業を含め誰でも標準的に開発することができます。
SOSAの方向性は？：
技術標準スナップショット3は2020年7月にリリースされ、SOSA技術標準1.0は2021年の第2四半期にリリースされる予定です。そのリリース後、すでに数十の「SOSA-Aligned」製品を発表しているベンダーは、適合認証のためにそれらを提出することができます。これらの初期の製品の相互運用性のデモンストレーションは2020年に大成功を収め、防衛の顧客も多く参加しました。技術標準のリリースに先立ち、DoDはOSAベースのソリューションを提供するベンダーに明らかに有利な提案と情報を求める多数の要求をすでに発行しています。
DoDと3つの武装サービスすべて、組み込み業界のベンダー、大学、および研究施設によるSOSAへの積極的な参加は、リソースと人員の実質的なコミットメントを明示しています。これらの明確な動向は、SOSAが組み込みミリタリ電子システムの将来の方向性を決定付けるための道を順調に進んでいることを保証します。
SOSAの利点：
「SOSA準拠システムは航空機のアップグレードを加速する」
SOSAは軍用機のアップグレードプロセスをどのように変えるのでしょうか？軍用機のアビオニクスは、伝統的にサブシステムの寄せ集めでありそれぞれが特定の固定機能専用となっています。それらは、寸法・搭載位置が明確に定義され、センサー、アンテナ、電源、および制御ポート用の電気的インターフェイスを備えたエンクロージャーに収納されています。多くの場合、サブシステム内の機能の変更は非常に制限されているため、パフォーマンスや機能を向上させるためのアップグレードは、通常、サブシステム全体を新しいものと交換することを意味します。内部の電子ハードウェアおよびソフトウェアの設計は常にベンダー独自のものです。
これにはいくつかの欠点があります。
新しい技術が航空機に組み込まれるまでには長い時間がかかるため、敵の資産に対する戦闘効果が妨げられます。また、ユニット全体を交換する必要があるため、アップグレードのコストは非常に高価になります。多くの場合、競争の機会が限られており、各サブシステムは単一のサプライヤーから供給されています。
SOSAは、この従来の方法論に対する重要なソリューションを提供します。まず、第一に内部の電子機器、ソフトウェア、およびパッケージングは、オープンスタンダードアーキテクチャ特にOpenVPXに基づいている必要があります。
SOSAシステムをアップグレードするということは、既存のサブシステムを維持することを意味しますが、SOSA準拠のプラグインカードを別のカードに交換して、新しいデバイステクノロジー、より高いパフォーマンスレベル、より高速な計算能力、より高い信号およびデータ帯域幅を追加することを意味します。次に、SOSAは、さまざまなプラグインカードタイプの数をOpenVPXプロファイルの非常に小さなサブセットに制限し、ベンダー間および機能間の互換性を強化します。最後に、中小企業はSOSAベンダーコミュニティに参加して、新しいテクノロジーコンポーネントが利用可能になった直後に競争力のあるソリューションを提供できます。
「SOSAコンポーネントを使用した航空機のアップグレードの例」
一例として、地上または空中の敵の資産を打ち負かすか無効にするために、新しいアルゴリズムとより強力なコンピューティングリソースを必要とする戦闘機への新しいEWレーダ対抗策のアップグレードがあります。EWサブシステムは、敵から信号を取得し、対抗策信号を送信して検出を混乱、無効化、破壊または回避します。
レーダ技術は最新の対抗策を克服するために飛躍的に進歩し続けているため、高度な信号処理技術は軍用機を保護するために歩調を合わせる必要があります。この取り組みの重要な要素は、これらのアップグレードに必要な時間を短縮することです。SOSAボードを、新しい必要な機能を追加するボードに交換することは、この取り組みの大きなメリットです。これは、新しいテクノロジーが、サブシステム全体の交換を必要とする従来のスキームよりも何年も早く導入されることを意味します。
Pentek社は、統合タスクを高速化するSOSAに合わせた開発プラットフォームを発表しました：
- SOSA技術標準に準拠
- さまざまな取得および処理モジュール用の8つの3U VPXスロット
- PentekのModel 5550および5553（8チャネルA/D・D/A Zynq® UltraScale+™ RFSoCプロセッサ）用のすぐに実行できる開発プラットフォーム
- オプションのリアパネルRFおよび光接続
Pentek社は、SOSA™技術標準に準拠した開発プラットフォームであるModel 8256を発表しました。
Model 8256は、IPMIとRFおよび光インターフェイスの接続を備えた3U VPXプラットフォームです。Model 8256は、PentekのQuartz®RFSoCデータ取得および処理ボードを使用したアプリケーション開発に最適です。PentekのSOSAに合わせた製品は、相互運用性、再利用、および迅速なテクノロジーの導入を容易にし、すべてSOSAコンソーシアムのアプローチ及びビジョンと一致しています。このプラットフォームの開発には、いくつかのパートナーと新しいSOSA技術標準への主要な貢献者が関わっています。Pentekは、バックプレーンおよびシステム管理コンポーネント用のElma Electronics社、バックプレーンスイッチモジュール用のInterface Concept社、シングルボードコンピューターモジュール用のConcurrent Technologies社、およびIPMIおよびシャーシ管理サポート用のCrossfield Technology社と提携しました。これらの製品はすべてSOSA技術標準に準拠するように特別に設計されています。
「このプラットフォームへの取り組みは、SOSAコンソーシアムの使命を推進する私たちのコミットメントと整合性および相互運用性の目標の価値を示しています。」とPentek社の製品管理ディレクターであるBob Sgandurra氏は述べています。「Pentekは、オープンアーキテクチャコミュニティの主要サプライヤーとの協力関係により、このプラットフォームを開発しました。Model 8256を使用することでお客様はすぐにアプリケーションの統合と構築を開始することができます。」
Model 8256の高度な機能：
Open Group SOSA Consortium™は、業界と政府のコンセンサスによって確立され、主要なインターフェイスとオープンスタンダードに基づくセンサーシステム用の共通フレームワークである新しいSOSA技術標準を作成しました。今後のSOSA技術標準は、Pentek Model 8256構成に反映される多数のVITA規格を実装します。Model 8256は、冷却、プラットフォームシステム管理、RF/光インターフェースオプションなどのいくつかの高度な機能を利用しています。
- Model 8256の強制空冷は、標準の19インチラックマウントプロファイルシャーシでコンダクションクールボードをサポートするように設計されています。これにより、デスクトップまたはラボ環境でのコンダクションクールボードでの開発が容易になります。
- PentekのSOSAに適合した開発シャーシは、VITA 46.11およびHOSTに合わせたシャーシ管理モジュール（CMM）を利用します。このCMMは、今後のSOSA v1.0規格にソフトウェアでアップグレードできます。SOSAに適合したシステムが特徴であり、CMMにより機能要素（SOSAモジュール）とシステムマネージャー、CMM、およびすべてのプラグインカード（PIC）の間の有意義な統合が可能になります。
- Model 8256は、RFおよび光インターフェイスへの便利なアクセス用に設計されています。各RFペイロードスロットには、シャーシの背面パネルにある20個の同軸ブレークアウトコネクタをオプションで選択でき、VITA 67.3Cバックプレーンコネクタに直接接続できます。さらに、各RFペイロードスロットには、VITA 67.3Cデュアル光インターフェイスへのアクセスを提供するために、2つの背面パネルMPOアダプタをオプションで選択できます。
パートナー間の相互運用性：
開発のスピードアップはModel 8256の主な目的です。Pentekは開発初期の起動と構成の問題の多くを解決しているため、顧客は短期間で稼働することができます。開発の労力とリスクを軽減するために、Pentekはシステム全体の目標を満たすようにモジュールを選択および構成するための統合支援を提供します。
Elma Electronic製 バックプレーン
Elma社の組み込みコンピューティングディレクターであるKen Grob氏は次のように述べています。
「高性能データ取得および信号処理ボードとシャーシのユーザーは、新しいデバイスが納品されたときにすぐに使用できないことに不満を感じることがよくあります。このSOSAに適合した開発プラットフォームは、すぐに使用できテスト済みで提供されるため、エンジニアが必要とする開発時間を節約できます。Pentek社の8256開発プラットフォームに参加できることを非常に嬉しく思います。」
Concurrent Technology製SBC
「Model 8256は、Pentek社のModel 5550および5553 8チャンネルA/DおよびD/A Zynq UltraScale+ RFSoC 3UVPXプロセッサと当社の計算集約型TRH4Xシングルボードコンピュータの理想的な開発プラットフォームです」とConcurrent社社長のBrent Salgat氏は述べています。「これらのモジュールとこのプラットフォームは、多くのレーダ、電子戦、シグナルインテリジェンス、電気光学、通信アプリケーションに最適です。」と付け加えました。
Crossfield Technology製IPMI
ソフトウェアおよびシャーシ管理モジュール「新しいSOSA技術標準のMOSAに沿った目標は、一般的なOpenVPXハードウェアスロットプロファイルを超えています。相互運用性を真に実現するには、システムソフトウェアがシステム管理機能への共通のアクセスとインターフェイスを備えている必要があります」とCrossfield Technology社のプロダクトゼネラルマネージャーであるTerry Hulett氏は述べています。「Pentek社のModel 8256開発プラットフォームは、最先端のハードウェアへのアクセスを提供するだけでなく一般的なアクセスのためのオープンスタンダードベースのシャーシ管理機能を備えています。」
Pentek社のQuartz RFSoC 堅牢なスモールフォームファクタサブシステムは、カスタム統合に最適です：
- ザイリンクスZynq UltraScale+ RFSoC FPGAを使用したPentek Quartz®アーキテクチャ
- 8chの広帯域RF/IF A/DおよびD/Aコンバータ
- コンダクションクールでカスタムエンクロージャへの統合に最適
- 最適化されたソフトウェアおよびIP開発のためのNavigator® デザインスイートを提供
PentekはQuartz®RFSoCアーキテクチャファミリの2つの新製品を発表しました。
Model 6350SおよびModel 6353S（Gen.3 RFSoC）、堅牢なスモールフォームファクタパッケージの8ch A/DおよびD/Aコンバータサブシステム。ザイリンクスZynq UltraScale+ RFSoC FPGAを利用するPentekのQuartzXM eXpressモジュールに基づいて、Model 6350SおよびModel 6353Sは、SIGINTおよびCOMINT、軍事通信、EW対策、レーダートランシーバ、テストおよび測定、SATCOM、LiDAR、5G、およびLTEワイヤレスアプリケーションに非常に適しています。
「Quartz RFSoCのお客様はQuartzXM eXpressモジュールの新たなパッケージオプションを求め続けています。 Pentekはモジュールソリューションと完全密閉型システムソリューションの間のギャップを埋めるためにModel 6350SとModel 6353Sを出荷しています。」とPentek社の製品管理ディレクターであるBob Sgandurra氏は述べています。「これらのサブシステムのサイズは小型のため、お客様は既存のエンクロージャー内にQuartz RFSoCテクノロジーをインストールできます。」と彼は付け加えました。
プラットフォーム統合用に設計：
Model 6350SおよびModel 6353Sは、小さな取り付けフレーム内の完全な自己完結型RFコンバータおよび信号処理サブシステムです。必要な電源は12Vのみで、サブシステムは最小限の設計労力でより大きなシステムのコンポーネントとして統合できます。すべてのアナログI/Oと制御および通信インターフェイスは、業界標準のコネクタを使用して簡単にアクセスでき、他のシステムコンポーネントへの接続を簡素化します。
サブシステムの底面は、伝導冷却を可能にし、ほとんどの設備でファンレスの操作を可能にする効率的な熱インターフェイスを提供します。SWaP（サイズ、重量、および電力）用に最適化されたModel 6350SおよびModel 6353Sは、サイズが非常に小さく、1.5″H x 4.6″W x 6.7″Dで、重量は30オンス弱（約850g）です。お客様が用意したエンクロージャーでの使用を目的としています。サブシステムは、過酷な環境での利用に最適です。
Quartzアーキテクチャの特徴：
Pentek Quartzアーキテクチャは、FPGA製品への合理化されたアプローチを具体化し、設計を簡素化して電力とコストを削減しながら、現在利用可能な最高性能のFPGAリソースのいくつかを提供します。PentekのNavigator Design SuiteツールでサポートされているQuartz製品は、データおよび信号処理用のソフトウェアとFPGA IPを開発および展開するための効率的なパスをユーザーに提供します。ザイリンクスZynq UltraScale+ RFSoCプロセッサは、8つのRFクラス A/DおよびD/AコンバータをクアッドARMCortex-A53およびデュアルARMCortex-R5プロセッサとともにZynq FPGAファブリックに統合し、シングルチップ上にマルチチャネルデータ変換および処理ソリューションを構成します。
データコンバータ：
Model 6350S（Gen 1 RFSoC）のフロントエンドは、8chの同軸コネクタで最大4 GHzのアナログIFまたはRF入力を受け入れ、8つの4 GSPS 12ビットA/Dコンバータにトランス結合してリアルDDCサンプルまたは複素DDCサンプルを提供します。追加のIPベースのデシメーションフィルターは、2〜128のDDCデシメーション範囲を提供します。8つのD/Aコンバータは、FPGAのプログラマブルロジックからベースバンドのリアルまたは複素のデータストリームを受け入れます。
各6.4GSPS 14ビットD/Aには、1x、2x、4x、および8xの独立したチューニングと補間を備えたデジタルアップコンバーターが含まれています。すべてのA/DおよびD/Aは、広帯域同軸ケーブルコネクタにトランス結合されています。
Model 6353S（Gen 3 RFSoC）は、追加のデシメーション設定を備えた5 GSPS 14ビットA/Dを使用して、入力信号帯域幅を6GHzにブーストします。また、D/Aレートは6.4から10GSPSに増加します。
高速データインターフェース：
Model 6350SおよびModel 6353Sは、RFSoC GTYギガビットシリアルポートを使用して8つの28Gb/s全二重レーンをサポートします。組み込みの100GigE UDPインターフェイス、またはユーザー提供のシリアルプロトコルのインストールにより、このインターフェイスは、Model 6350SまたはModel 6353Sと他の同一サブシステム、光トランシーバー、データストレージ、その他処理システムなどの間で高速ギガビットデータストリーミングパスを提供します。
プリインストールされたIPにより開発をスピードアップ：
Model 635xSサブシステムには、Pentek IPモジュールがプリロードされており多くの一般的なアプリケーションにデータキャプチャ、タイミング、インターフェイス、および処理ソリューションを提供します。IPモジュールには、DMAエンジン、DDR4メモリコントローラ、テスト信号およびメタデータジェネレータ、データパッキング、およびフロー制御が含まれます。
合理化されたIP開発のためのナビゲーターデザインスイート：
PentekのNavigator®DesignSuiteには、カスタムIP用のNavigator®FDK（FPGAデザインキット）と、ホストソフトウェアアプリケーションを作成するためのNavigator®BSP（ボードサポートパッケージ）が含まれています。
Navigator FDKには、ボードのFPGAデザイン全体がブロック図として含まれており、完全なソースコードとドキュメントとともにザイリンクスのVivadoツールスイートでグラフィカルに編集できます。
開発者は、工場出荷時にインストールされた機能にIPを統合するか、ナビゲーターキットを使用してIPを独自のものに置き換えることができます。Navigator FDKライブラリはAXI-4に完全に準拠しており、カスタムIPを開発したり、他のソースからのIPを統合したりするための明確に定義されたインターフェイスを提供します。
Navigator BSPは、ARMプロセッサ上でザイリンクスのPetaLinuxをサポートします。ユーザーは、高レベルのAPI関数を使用して効率的に作業したり、ソースコードを含む基盤となるライブラリへのフルアクセスを取得したりできます。Pentekは、新しいアプリケーションの開発を支援するための多数のサンプルを提供しています。
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原文ドキュメント：Pentek社
PIPE301.pdf
SOSA: Setting the Future Course of Embedded Military Electronics Systems
関連製品
Model 5553：SOSA準拠 5GHz A/D & 10GHz D/A 搭載 Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3 FPGAボード (VPX)
Model 7053：5GHz A/D & 10GHz D/A 搭載 Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3 FPGAボード (PCIe)
Model 6353：5GHz A/D & 10GHz D/A 搭載 Gen3 RFSoC 耐環境ユニット (SFF)
Pentek社について
Pentek社は、ISO 9001：2015認定企業として、デジタル信号処理・ソフトウェア無線・データ収集用の組込みコンピュータボードおよびレコーディングシステムを設計・製造しています。製品には、商用環境と耐環境の両方に対応したAMC、XMC、FMC、PMC、cPCI、PCIe、VPXのフォームファクタで準備されており、レーダ、無線通信、SIGINT、ビームフォーミング等の用途に幅広く利用されています。Pentek社の詳細については、www.pentek.comをご参照ください。