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软件定义世界
1.HOST基本情况
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硬件开放系统技术HOST标准由美国海军海军航空系统司令部（NAVAIR）于2014年在帕图森特河发起。HOST的主要针对航空电子处理，并主要关注系统管理架构。该硬件标准侧重于VMEBus国际贸易协会（VITA）的标准，以满足国防部和航空特定要求。HOST标准为开发美国军事防御系统的开放式嵌入式系统提供了硬件框架，包括通信系统，任务计算系统，定位导航和定时（PNT）系统以及电子战（EW）系统。HOST包含硬件要求，这些要求支持跨各种军事平台和应用程序的设计，这些设计是可验证的、开放的、可升级的和可持续的，适用于专为可扩展性而设计的计算机硬件体系结构。硬件开放系统技术（HOST）是一个将开放式架构应用于高性能嵌入式计算的标准框架。这些标准支持模块化开放系统方法（MOSA），以实施基于商用现货 （COTS）组件的系统，以便在美国国防平台开放系统上进行嵌入式计算。通过确保所有开发的组件都使用标准化接口，HOST提供了新技术的可互换性，并促进了现有和未来平台硬件设计的重用。HOST促进了经济实惠且可演进的系统开发和现代化。HOST标准由美海军航空系统司令部NAVAIR PMA-209航空电子架构团队开发并维护，NAVAIR通过一个由院士和行业成员组成的团队与集成商、模块供应商、相关标准组织（如VITA）进行协调。2.HOST标准的基本结构
HOST文档层次结构使用与产品设计过程平行的分层方法进行组织。这种方法提供了实现HOST关键概念目标所需的灵活性。图片
2.1 HOST Tier 1
Tier 1提供了整个 HOST 框架的概述。它定义了 HOST 的核心原则，并建立了适用于所有 HOST Tier 2 标准的通用要求。它定义了适用于所有 HOST 文档的术语，以及约束较低层的要求。它提供了一个治理逻辑架构，以确保Tier 2技术实施满足HOST标准的主要目标。更简单地说，它强化了模块化、互操作性和可互换性的核心概念，作为 HOST 努力实现的原则。HOST Tier 1 的目标：定义硬件系统的通用且与技术无关的组件要求实施互操作性、模块化和可升级性的总体系统概念定义 HOST 术语定义促进多供应商可互操作解决方案的要求提供标准化的硬件管理和监控功能定义将约束较低层的标准和要求2.2 HOST Tier 2
Tier 2标准定义了所选核心技术框架（如 OpenVPX）的技术要求。第 2 层也与平台无关，不包含特定的目标系统要求。HOST Tier 2 的目标：建立可应用于模块化组件的 Tier 3 规范的开放式商用现成 （COTS） 核心技术框架
定义核心技术要求，促进模块互操作性和重用
遵守 Tier 1 标准中定义的与所选 Tier 2 技术相关的要求
利用行业标准来满足 HOST 的需求
2.3 HOST Tier 3
Tier 3 规范的目的是通过为给定的 Tier 2 核心技术构建一系列单独的组件规范，促进模块化系统设计、规范重用和可升级性。第 3 层规范基于给定的第 2 层标准的要求、特定于平台的要求和产品性能规范。HOST Tier 3 的目标：
结合子系统规范和 HOST Tier 2 标准，得出模块化组件规范
定义性能、功能、验证和文档要求
通过定义可互操作组件的模块化、可移植规范，促进跨平台组件重用
在组件一级促进维持和采购
使行业能够构建 HOST 组件，这些组件可用于及时且经济高效地升级现有 HOST 的实现
3.HOST最新进展
海军航空系统司令部电子项目办公室（PMA-209）航空电子架构团队（AAT）2023年参加了在亚利桑那州钱德勒举行的嵌入式技术趋势媒体论坛，论坛上AAT成员代表NAVAIR参加了一个小组，以促进硬件开放系统技术（HOST）5.0技术标准的完成。电子元件的过时是国防工业的一个重大挑战，该领域的项目运行时间可能比预期的要长数年。HOST提供了一个标准化的框架，可用于飞机的现场组件设计、生产和重新设计，以促进模块化和互操作性。PMA-209项目经理玛格丽特·威尔逊说：“正是这样的活动使我们能够让我们的合作伙伴保持模块化开放系统方法（MOSA）实践的最新进展，这对NAVAIR中开放架构的整体成功至关重要。像新完成的HOST 5.0标准这样的MOSA进展，将允许NAVAIR项目节省在嵌入式技术上的资金，并让行业有机会扩大整个企业的潜在工作。”开放架构支持使用可互换的和商用的货架（COTS）硬件，而不是专有技术。HOST是一个开放的体系结构标准，它允许在平台的整个生命周期中添加、删除或替换系统组件。这种能力的快速发展可以通过避免非经常性的工程成本来降低总体成本。HOST是一种开放的技术标准，它能够以一种客观的方式来实现MOSA计划的目标，并列出项目经理或集成商可以利用它来创建一个可验证的开放系统的需求。通过遵循HOST的开放系统需求，模块化、互操作性和可升级性的原则能够高度实现。最新的HOST技术标准，HOST 5.0，于2022年10月完成，并于2023年发布。4.HOST的优势
HOST是一个开放的技术标准，它提供了一种客观的方式来实现模块化开放系统方法倡议的目标。HOST列出了项目经理或集成商可以利用这些要求来创建可验证的开放系统。通过遵循 HOST 的开放系统要求，模块化、互操作性和可升级性的原则能够高度实现。作为一个开放标准，所有使用HOST的各方也可以免费、无限制地访问创建符合HOST标准的组件所需的信息。下表简要概述了相关方如何从 HOST 中受益：相关方
组织收益
对 DoD 的好处
国防部项目办公室/经理
在其收购文件中提出可验证要求
降低生命周期成本，缩短开发时间，打破供应商锁定，降低组件成本，并以客观的方式证明程序符合 MOSA 备忘录
集成商
定义良好的接口来设计他们的系统，以及预先编写的需求，以传递给组件供应商
构建符合模块化、互操作性和可升级性等HOST核心原则的开放系统
模块/组件供应商
可公开访问的接口要求，组件可以设计成这些要求，确认它们将能够集成到 DoD 系统中
可公开访问的接口要求，可以设计组件以实现对多个系统的销售，并通过系统升级提供对其他程序的竞争访问
4.1 模块化
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符合HOST标准的系统是模块化的，因此它们的系统组件可以在各种配置中分离和重新组合，以提供所需的功能。基于标准化接口的模块化降低了升级成本，从而降低了整体生命周期成本。HOST支持通过HOST第3层组件规范使用模块化硬件。组件规范包含模块必须遵循的物理要求，以声明HOST一致性。一旦组件符合 HOST 标准，该部件将被添加到 HOST 注册表中。然后，HOST用户可以使用HOST注册表来查找其他平台用于满足其系统需求的现有HOST组件。防止对相同功能进行完全重新设计，但允许在不同的 DoD 平台上重用组件，从而提高规模经济并最终降低成本。4.2 互操作性
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HOST鼓励HOST生态系统中组件之间的互操作性，这意味着来自不同供应商的组件可以无缝地协同工作。HOST 通过在 Tier 2 标准中的组件之间建立通用接口集（例如机械接口、电源接口和通信接口）来实现其互操作性目标。第 2 层标准利用一组已经在行业中使用的标准来为组件解决方案创建通用基础，而不是依赖每个供应商从非常不同的接口组合中进行选择。这有助于在最初开发系统时降低多个供应商硬件的集成成本，允许集成商从整个市场中抽取，并有助于确保集成商也可以整合未来的硬件。4.3 互换性
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虽然HOST通过接口和协议标准化支持互操作性，但它也通过标准化和透明度鼓励硬件组件的可互换性。每个 HOST Tier 2 标准都定义了有限数量的硬件和通信接口，供寻求利用 HOST 优势的供应商使用。这样做的目的是创造一个环境，在这个环境中，系统的组件可以快速替换为更好地支持任务目标的硬件。在个人计算机环境中，可以很容易地看到接口标准化在交换组件能力方面的优势，例如图形处理单元（GPU）使用相同的外形尺寸，从而为消费者提供了广泛的选择。如果需要升级、更改或更换，可以轻松更换 GPU；同样的情况可能不适用于中央处理器 （CPU），因为供应商拥有专有的组件插槽，而这些组件在几代硬件之间几乎没有兼容性。HOST旨在复制前一种情况（标准化的接口），以完成对系统设计进行快速修改，最好地支持当今战斗环境的动态性质。4.4 可升级性
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美国国防部 （DoD） 每年都在寻求开发用于操作飞机系统的新功能。这些功能包括更现代平台上的最新技术和对传统平台的升级。HOST提供了在不更改基本硬件架构的情况下演进系统组件的能力。通过对已经使用的功能接口进行标准化，HOST使供应商无需花费额外的劳动力来开发自己的昂贵专有接口解决方案。此外，接口不需要为所有其他产品不断重新设计，从而可以以更低的成本集成最新、最出色的航空电子组件。这允许为改进现有技术进行其他分配——无论是为最新的航空电子应用提供动力的处理元件，还是支持先进传感器以提高态势感知能力的硬件。5.HOST应用
HOST目前在多个平台上使用，包括F-35联合攻击战斗机的Technical Refresh 3，首次在T-45上使用的NAVAIR PMA 209的任务计算机替代系列任务计算机，以及未来的垂直升降机。这些项目为HOST标准提供了宝贵的反馈，使其成为一个标准，不仅支持MOSA的原则，而且可供实际的系统设计人员使用。虽然HOST标准最初是从任务计算机的角度编写的，但它已经收到了来自陆军CMOSS计划和SOSA联盟的反馈，该联盟拥有数百名行业和政府成员。成员的投入将能力扩展到广泛的系统，包括雷达、电子战、通信、导航等。具体硬件功能包括单板计算机、结构交换机、FPGA（现场可编程门阵列）、大容量存储模块、GPGPU（通用图形处理单元）、航空电子 I/O、定时模块和射频收发器。6.标准一致性
在军事平台嵌入式系统中实施了一系列一致的模块化开放标准，采用模块化设计方法，可将尺寸和重量降至最低。它促进了快速的技术周期时间，降低了成本，并提高了模块化。HOST、SOSA、CMOSS、FACE组成了这一系列标准，用于定义电子硬件、网络接口和电子元件之间的互操作性，这些系统广泛应用于军事平台。HOST是与以下所有标准兼容的硬件规范。图片
FACE（未来机载能力环境）是一种软件架构标准，用于构建开放的、供应商中立的机载计算应用程序。
跨多个FACE系统和供应商的应用程序可移植性
支持稳健架构并实现高质量软件开发的标准
使用标准接口，这将导致功能的重用
CMOSS（C4ISR/EW模块化开放标准套件）由一套分层标准组成，这些标准单独有用，可以组合成一个整体的融合架构。
C4ISR/EW互操作性车辆集成（VICTORY）：提供基于网络的互操作性，用于共享时间和位置等服务
OpenVPX：一种硬件外形规格，用于在通用机箱中以卡的形式部署功能
模块化开放式射频架构（MORA）：驱动功能分解，共享天线、放大器等资源
软件框架：包括 REDHAWK、软件通信架构（SCA）和未来机载能力环境 （FACE），以实现软件的可移植性。
SOSA（传感器开放系统架构）指定了通信、光电、红外、电子战、雷达和信号情报传感器的开放架构和硬件。
2017年11月独立的开放组织联盟成立，空军、陆军、海军和工业界参与，有 70 多个成员组织参与
最大限度地提高平台和系统的经济性、可重构性、性能和重用性
定义传感器模态的开放接口标准：RADAR、EOIR、SIGINT、COMMS、EW。
7.结束语
硬件开放系统技术（HOST）作为SOSA、FACE等标准规范的底层硬件支撑标准，在多个领域得到了应用。本文对HOST的最新进展、文档结构、标准优势等基本情况进行了初步分析，后续还会对HOST标准规范进行深度探讨，欢迎感兴趣的从业人士持续关注、共同参与。前情回顾
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