1 前言
现代武器装备的信息化、智能化无不与武器装备系统具有某些计算机的功能相关联。但是，在第二次世界大战之后的相当长的一段时间里，武器装备和计算机大多是“各行其是、自行系统”。电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是安置在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化，计算机开始出现两种不同的发展方向：(1) 以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。(2) 要求高速、海量的数值计算的通用计算机系统，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。随着计算机技术和产品对各个行业的广泛渗透，以“应用为中心”的分类方法变得更为切合实际和科学合理，也就是说按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。换言之，始于微型机时代的应用，造就了嵌入式计算机。嵌入式计算机通常由嵌入式微处理器，相关的硬件支持设备以及嵌入式软件系统等3个部件组成。其中，微处理器是嵌入式系统的核心部件，其它硬件还包括内部总线、接口以及外部总线。
同时武器装备和计算机系统越来越紧密地融合在一起。换句话说，就是计算机系统紧紧地“嵌入”到武器装备里面去了。由此人们断言：武器装备已经进入“嵌入式”时代了！特别是美军更是在嵌入式技术的研究和应用方面走在各国军队的前面，本文对此做了一个概要的阐述。
2 “需求牵引、技术推动”促使计算机技术两极分化
电子计算机出现以来，人们传统的分类方法是按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将计算机划分为大型计算机、中型计算机、小型计算机和微计算机。这种分类方法沿袭了大约40多年。近些年来，随着半导体技术、微电子技术和计算机技术的快速发展，情况已经发生了根本性的变化，例如在70年代末定义的微计算机基础之上，演变和发展出来的个人计算机(PC)，如今已经占据了全球计算机工业90 %的市场，其处理速度也超过了以往大、中型计算机的处理速度。
武器装备系统里面使用的计算机系统出现了军用嵌入式计算机和军用通用计算机的分类方法。军用嵌入式计算机就是指以插件或芯片形式嵌入到武器装备或武器装备系统的内部，智能地完成武器系统功能的专用计算机。这类计算机通常以芯片、模板组件或控制器等形式埋藏于武器内部，以机箱形式表现出来，执行一种或多种特定任务，具有体积小、重量轻、功耗低、适应工作环境能力强、实时性强、可靠性高等特点，主要用于武器控制，指挥控制和通信系统，仿真等作战与保障系统中。一方面是作战需要武器装备更精确、更可靠、更聪明，因而需要将计算机的功能更多地“嵌入”到武器装备里面去，使武器装备更加智能化；另一方面则是技术的发展已经能够让计算机更小型、更轻型、更方便地“嵌入”到武器装备里面去。换句话说，“需求牵引、技术推动”促使计算机技术产生两极分化，其中一支则出现了从“自成系统，各自为战”到“嵌为一体，紧密融合”的情况。
3 军用嵌入式系统的广泛应用
嵌入式计算机系统，最早出现在20世纪60年代的武器控制系统之中，后来逐步用于军事指挥控制和通信系统，现在则广泛地用于军民两用的机电一体化产品和工业自动化控制系统中，嵌入式系统主要用于各种信号处理与控制。用于军用各种武器控制（从火炮控制、导弹控制、智能炸弹到制导引爆装置等）、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，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、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。以下举出若干“嵌入式”系统在军事领域里面应用的例子来说明军用“嵌入式”系统的广泛应用：
(1) 嵌入式低价格惯性导航系统(Embedded low cost inertial navigation system，INS)
INS使用惯性测量部件(IMU)、数字罗盘、GPS和嵌入式计算机系统。INS能够连续估计作战平台的位置与方向。传统与典型的IMU是十分昂贵的系统，然而，如果INS采用低价格的组件，则低的价格带来低的性能，这就是惯性导航系统常常必须包括GPS、罗盘与卡曼滤波器的主要原因。然而，发展中的嵌入式系统则是将导航的重大综合体融合在一起。结果是呈现出整个系统具有突出的工作优点和多面性的应用，而且价格十分便宜。
(2) 美国陆军作战指挥系统中的“21世纪”旅及旅以下战斗指挥系统(Force XXI Battle Command Brigade-and-Below，FBCB2)
该系统将给从旅到旅以下最低级别的战术单位（班）提供战场态势和指挥控制。该系统主要包括5个部分：特种用途的嵌入式计算机系统、数字化部队指挥软件系统、“嵌入式”位置定位导航装置(Embedded Position-Navigation，POSNAV)和报告系统、全球通信系统接口和数字化部队战斗识别环境。
此外，还有一种“改良的数据调制解调器”(Improved Data Modem，IDM)。该装置主要用于通信和目标系统里面。IDM在陆海空三军装置中都有应用。典型的应用是将其嵌入到陆军21世纪部队旅及旅以下系统的软件里面去。
(3) 武器试验数据采集与实时处理系统
军队靶场承担着三军各种新型武器系统的试验与评估任务，目的是为了检验新型武器系统或装备的设计性能指标是否达到预期的设计要求。衡量武器装备的性能指标能否达到要求，而使用试验数据给予证明。试验数据采集设备的任务就是要完成对被试品输入输出参数和部分中间运算结果的采集。为了实现武器装备系统试验数据的实时采集和实时处理，舰载武器系统试验数据采集与实时处理系统的软、硬件均可以采用嵌入式技术。
据报道，我国的研祥智能科技股份有限公司曾运用其嵌入式产品“EVOC擫CD显示工作站 EWS-843P为海军研制过“舰载武器试验数据采集与实时处理系统”。该系统可用于完成舰载导弹武器系统、舰炮武器系统、导航系统及各相关武器系统（或单机）与各参试设备海上和陆上试验输出直流电压信号，同步机及旋转变压器信号，脉冲频率信号，导弹发控指令信号，并行数字量，RS-232、RS-422/485串行总线数据的采集、 录取与实时处理。该系统具备同时接收靶场系统信号、外同步信号控制系统采样的能力，也可通过接收IRIG-DC/B码和模拟标记信号与其它测控设备同步工作。 经过实际应用证明，该系统技术先进、设计合理、切实可行、性能价格比高。
(4) 军用掌上型智能设备（军用PDA产品）
军用PDA产品根据不同的应用场合有不同的功能要求，涉及多种当前最先进的技术，如嵌入式CPU应用、多任务操作系统RTOS、GIS应用、卫星定位系统定位、无线通信、蓝牙技术、CCD技术、图像处理技术等。
随着现代战争的信息化和电子化，功能多样而又精巧实用的军用PDA日益受到军方的重视。由于军用PDA需要将卫星定位、无线通信、图像摄取传送等功能集于一体，对于高科技战争中各作战个体至关重要，一些国家早已开始从事相关技术的研究和开发，并将此类产品装备到特定的作战场合。
例如，卫星定位系统(GPS)是PDA的一个十分重要的基础部分，在战争中的作用已是有目共睹的。除导弹的制导等功能，在军用PDA产品中，配合军用地图，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，为特殊地形下的部队集结或特定目的的行进提供保证。
又如，GIS（地理信息系统）作为军用PDA的重要应用，通常是将特定的军用电子地图嵌入到PDA中，并能够缩放、旋转和拖动，能够以此为平台随时标识作战个体的精确地理位置。
随着科技的不断发展，军用级别的PDA 有着广阔的发展前景。如军用/警用PDA，因其具有GIS系统、卫星定位系统和灵活的通信方式，能有效地应用于单兵作战系统、联络指挥系统、巡逻和追捕系统等系统中。 还有，航空中的调度指挥系统等等。
(5) 嵌入式战术训练系统(Embedded Tactical Training System)
典型的例子有美国海军的作战部队战术训练系统(Battle Force Tactical Training(BFTT) System) AN/USQ-T46。
AN/USQ-T46是一个高柔性、交互式的装置，用于部队的战术作战训练。其任务是训练舰艇人员完成水面与水下舰艇维修与战备的能力，在大西洋舰队和太平洋舰队里面使用。该装置支持联合/联盟的协同作战能力和司令部的作战演习。
AN/USQ-T46具有监测舰艇训练系统数据、记录以往事件过程和动态重复被援助的能力。它能够评定作战系统的团队与操作员对于作战态势的反应，以及装置在多种战争环境里帮助合成作战指挥官执行命令、编制计划、协调行动与部署展开的能力。
(6) AN/UYK-43嵌入式战术计算机
AN/UYK-43嵌入式战术计算机主要用于各种舰载战术系统：包括“宙斯盾”系统、先进作战指挥系统(ACDS)、“三叉戟”潜艇、海军战术数据系统（Navy Tactics Data System，NTDS）和多用途登陆舰(LHD)计划等。UYK-43是海军新的标准舰载数据处理系统，用于代替斯佩里公司从1969年开始生产的UYK-7计算机。UYK-43基本上是UYK-7的改进型，主要改进是大量使用VLSI，减少了互连数和功耗，增加了速度和存储能力，需要的单位是美海军海洋司令部，生产厂商是斯佩里尤尼瓦克公司防御系统部。
NTDS系统可以根据不同舰艇进行适当地修改，它既可以适应于航空母舰、巡洋舰、蓝岭号指挥舰，也可满足驱逐舰、护卫舰以及小型护卫舰的作战要求。
先进的计算机处理系统将用商用流行产品（COTS，Commercial-Off-The-Shelf）计算机来取代AN/UYK-43一类美国海军标准计算机。上述技术上的革命性进展保证了“宙斯盾”作战系统以世界领先地位进入21世纪。
从以上所举出的例子来看，嵌入式系统大都是围绕着通信、控制、监视、数据检测、数据搜集、数据处理等功能。换言之，只要武器装备需要这些功能的地方，嵌入式系统就会大有用武之地！
(7) 在“网络传感器融合技术”中的应用
美国国防高级项目研究计划局（DARPA）在空军研究实验室（AFRL）等单位的帮助下，成功地验证了能够准确确定敌方目标位置的网络传感器融合技术。这项验证工作是DARPA信息开发办公室投资的网络嵌入式系统技术（Network Embedded System Technology，NEST）战场应用实验的一部分。网络嵌入式系统技术项目将实现系统和信息处理融合。该项目应用了大量的微型传感器、微电子、先进传感器融合算法、自定位技术和信息技术方面的成果。该项目的长期目标是实现传感器信息的网络中心分布和融合，显著提高作战态势的感知能力。网络嵌入式系统技术节点将可以通过空投、自动放置和人工分发等方式植入到作战环境中。目前进行的城市作战试验包括军事行动协调栅格和利用传感器网络定位射手两个不同的验证。军事行动协调栅格战场验证的概念是通过手持和便携式计算机实时提供网络区域内的敌军、我军和中立部队的踪迹。应用传感器网络定位射手技术验证采用廉价音频传感器无线移动网络准确定位敌方射手方位。目标标志将显示在所有参战人员的个人计算机中。验证工作取得了圆满成功，验证过程中没有出现任何问题，观察员们也向项目组提供了有用的反馈意见。美国军方对将射手定位技术应用到战场中表现出浓厚兴趣。
(8) 嵌入式因特网的应用
因特网最初是出现于军事领域，并且在第一次海湾战争中，发挥了巨大的作用。因此，嵌入式因特网必然在军事领域里有着广泛地应用。
嵌入式片上系统将成为瘦服务器。在目前，将会产生比PC时代多成百上千倍的瘦服务器和超级嵌入式瘦服务器，这些瘦服务器将与这个世界人们能想到的各种物理信息、生物信息相联接，通过Internet网自动的、实时的、方便的、简单的提供给需要这些信息的对象。如何设计和制造嵌入式瘦服务器、嵌入式网关和嵌入式因特网路由器已成为嵌入式Internet时代的关键和核心技术。嵌入式计算机发展的目标是专用电脑，实现“普遍化计算”，因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。专家预言，未来十年将会产生针头大小、具有超过1亿次运算能力的嵌入式智能芯片，这将为人们创造新武器、新装备提供无限的创造空间。
4 美军军用嵌入式计算机系统发展
20世纪60年代，美军开始为武器系统设计各种类型的嵌入式计算机，到80年代，其先进的武器系统基本装备了嵌入式计算机，如雷达、卫星、导弹以及灵巧炸弹的鼻翼或尾部所装的制导系统中均有嵌入式计算机。80年代后，为了不断地升级改造其嵌入式计算机，美国各军种提出了多项计划，如陆军的“空—地一体化指挥控制计算机”计划，海军的“E-2C飞机预警系统用计算机”计划以及空军的“HAWK-32计算机技术计划”等。这些计划的实施，极大地提高了嵌入式计算机的发展，保证了美军在这一领域的优势地位。经过几十年的发展，嵌入式计划已得到广泛应用，几乎“无处不在”。美军新型武器装备的研制以及现有武器的改造都会涉及到嵌入式计算机的开发与升级。
纵观美军嵌入式计算机的发展历程，是从最初的各军种独立的“烟囱”式发展，到发展统一的嵌入式计算机标准化软硬件；从必须采购符合军用规格的计算机，到采用商用成熟技术和开放系统。
(1) 规范各军种嵌入式计算机的发展
美军在最初研制嵌入式计算机时，各军种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，难于取得统一标准。
为改变这种各自为政的局面，在20世纪60年代末，美军军用嵌入式计算机的硬件确定了指令系统结构标准。该标准对计算机结构作了描述，规定了软硬件接口标准。美国国防部还发布了DODI5000.5X指令，规定了空军、陆军和海军的军用指令系统的标准。
指令系统结构标准化后，大大减少了硬件和软件的种类，降低了由于使用多种语言而引起的软件研制、移植等诸多问题。从此，美军各军种使用的嵌入式计算机被限制在符合军用指令系统结构标准的范围之内。
(2) 大力推广Ada语言
为使各军种嵌入式计算机使用相同的软件，统一硬件结构和编程语言，美国防部和总审计局在20世纪80年代指定Ada语言为嵌入式计算机唯一的编程语言，并制定了Ada计划，以改变由于各军备使用不同的编程语言（如空军使用JOVLAL语言，陆军使用NEBULA语言，海军使用CM2语言）使得软件的可移植性、兼容性大大降低的问题。
Ada语言是专为用于武器系统、飞机、舰船和C3I等系统的嵌入式计算机开发的计算机编程语言。1980年美国国防部成立Ada联合编程办公室（该办公室现已取消），负责实施Ada的开发。国防部规定所有硬件和软件到1987年7月1日必须符合Ada的要求，厂商若无国防部认可的Ada编译程序，就不能参加任何军用计算机市场合同的竞标。
90年代中期，美国调整了采办政策，不再强制使用Ada语言，Ada语言从此脱掉了嵌入式计算机国防部唯一指定的编程语言外衣，但经过了20多年的发展，Ada现已成为通用的标准编程语言，不但美军使用，北约也使用。随着美军对软件要求的放松，C++及Java等语言也逐渐用于嵌入式计算机领域。
(3) 积极地采用商用成熟技术(COTS)和开放系统结构
以往，美军在军事应用的计算机一直由专门厂商研制符合军用规格的军用计算机。这种计算机条件要求非常严格，尤其是环境要求特别苛刻，而且价格一般也是商用计算机的两倍。但到了20世纪90年代后，商用计算机在技术上已远远超过军用计算机，同时，美军认为苛刻的环境在实际中极少遇到，COTS计算机在进行温度、湿度、振动和冲击等加固后，一般能够满足军方需求。为此，1994年美军前国防部部长佩里提出了COTS倡议，即采用商用现代技术或产品，这样在引进最先技术的同时，可以缩短研制周期，降低产品或价格。现在美军新研制的嵌入式计算机已广泛使用了COTS产品。
同时，美军取消了DODI5000.5X指令后，军方采购军用计算机的政策由原来符合军用规格计算机转向非研制项目和COTS产品，并特别注重开放体系结构，要求在芯片、总线和操作系统选择上遵循开放系统标准，提高计算机的互联、互通、互操作性，易于升级。
(4) 军用嵌入式计算机发展的趋势
由于信息技术的高速发展和在军事领域的重要作用，美军近几年来不断加大对计算机的投资，而且预计还将以每年9%的速度增长，嵌入式计算机就是其中最大的增长点。未来嵌入式计算机的发展趋势主要呈现以下几个特点：
第一是体积更小、重量更轻、性能更高。美军未来部队装备转型将趋于轻型化和微型化，易于部署，因此嵌入式计算机在武器装备里面能够利用的空间是十分有限的。这就要求设计者必须减小嵌入式计算机的体积，减轻其重量，同时必须不断提高其性能来满足日益增长的需要。为此，超高速微处理机的电路板设计，高可靠性/高组装密度的通用模块化设计与组装技术，人工智能技术，并行处理技术等关键技术正在不断开发。模块化设计基于低成本，商用现货，互用和重复使用的硬件和软件模块，可大大降低成本，提高产品性能。新的嵌入式计算机基本都采用了整体中央模块设计。系统级芯片由于可在单片上实现全电子系统的集成，具有信号采集、转换、存储、处理及输入/输出等功能，植入嵌入式软件的系统级芯片，能够降低成本、缩小产品体积、提高产品的可靠性，因此已被称为“未来嵌入式计算机”的基础。
第二是实现武器装备的网络化。未来战争将会是网络化的战争，任何武器作战人员都可能是网络中的节点，因此嵌入式计算机在未来战场上是无处不在的。无论是在外层空间，还是天地一体化联网，最终都是通过信息手段实现嵌入式计算机联网。分布式的嵌入计算机联网后，将发挥战斗力“倍增器”的作用，在战场侦察，环境监控，人员与装备定位，人员健康状况监控，战场人员访问信息及部队防护等诸多方面都要比目前的计算机强大得多。
第三是武器装备将会更加智能化。美军目前推广的通用访问卡，就是使用嵌入式计算机芯片的智能识别卡，能够对访问军用计算机网络和系统的人员进行识别和授权。未来，嵌入式计算机将更加智能化和自动化。
第四是软件功能将会更加强大。未来嵌入式软件的功能将越来越强大，执行的功能将越来越多。如美军第二代战斗机F-111的航空电子系统功能有20%是通过软件实现的，武器装备的功能将会越来越多的由软件实现的。
综上所述，可以断言：武器装备已经进入到“嵌入式”时代了！
为了继续扩大与发展中国家在技术上的“时代差”，美军明显地在嵌入式技术的研究和应用方面走在了世界各个国家军队的前面，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军队建设面临的最大问题。军事科技专家预言：嵌入式系统将会成为振兴我国武器装备的突破口！因而，了解、熟悉和掌握军用嵌入式系统与技术的发展变化，并为我所用是十分必要的！
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