2. 任务计算机的典型任务剖面与需求捕获

任务计算机不是通用服务器，它的设计起点不是“选什么CPU”，而是“飞机要执行哪些任务、这些任务在时间轴上如何叠加”。同一型任务计算机，在侦察剖面下可能长时间处于高吞吐数据采集与压缩状态，在打击剖面下则要在数百毫秒内完成目标解算与武器投放指令生成，在通信中继剖面下又必须保证多路链路转发的确定性时延。因此，需求捕获的核心方法，是把作战任务翻译成可测量的计算、接口、存储、实时性和环境适应性指标。

一、从任务剖面到需求条目的映射逻辑

任务剖面描述的是“飞行阶段—任务动作—持续时间—并发关系”。需求捕获要做的，是沿着这条时间轴，逐段识别计算负载、数据来源与去向、驻留数据量、截止时间和所处环境。以一次典型的“侦察—识别—打击”复合剖面为例：起飞后进入中空侦察段，光电/合成孔径雷达持续输出图像帧；发现目标后转入识别段，需要调用目标检测与跟踪算法；确认后进入打击段，火控解算与武器接口时序被激活；投放后转入通信中继段，数据链转发成为主负载。四个阶段对资源的需求并不相同，但任务计算机必须按最坏叠加情况设计。

这里要强调一个工程原则：需求捕获不是取各剖面需求的最大值，而是取时间轴上可能真实并发组合的包络。例如侦察段的图像压缩与打击段的火控解算通常不会同时达到峰值，但通信中继的转发时延与电子战的干扰样式生成可能同时发生。因此需要先建立任务—资源占用矩阵，再据此确定设计包络。

二、计算需求：从算法链到算力包络

计算需求不能只写“满足图像处理”，而要拆到算法链的每一级。以侦察剖面为例，典型链路是：图像去噪 → 目标检测 → 目标跟踪 → 图像压缩 → 打包下传。假设某型光电传感器输出1920×1080@30fps灰度图像，目标检测采用轻量化卷积网络，单帧约需2.5 GOPS；跟踪算法单帧约0.3 GOPS；压缩按H.264编码，单帧约1.2 GOPS。则单路视频的持续算力需求约为(2.5+0.3+1.2)×30 ≈ 120 GOPS。若同时处理可见光与红外两路，则需约240 GOPS。再叠加打击剖面的火控解算（约5 GOPS）和电子战的干扰样式生成（约30 GOPS），设计包络应取300 GOPS量级，并预留30%余量。

这里的关键是区分平均算力与峰值算力。图像处理是持续负载，火控解算是突发负载，两者对处理器架构的要求不同：前者适合GPU或专用加速器，后者适合高主频CPU核。因此计算需求最终要落到“异构算力配比”上，而不是一个笼统的总算力数字。

三、接口需求：按数据流向分类统计

接口需求应从“谁给任务计算机送数据、任务计算机给谁送指令”两个方向梳理。侦察剖面下，视频输入通常采用Camera Link或万兆以太网，单路1080p@30fps约需1.5 Gbps；打击剖面下，与挂架、发射装置的指令接口多为1553B或RS-422，速率低但时序严格；通信中继剖面下，数据链接口可能是多路RS-422或以太网，需要协议转换与转发；电子战剖面下，射频前端与任务计算机之间常通过高速AD/DA或JESD204B链路连接，带宽可达数Gbps。

接口需求表应至少包含：接口类型、方向、速率、协议、连接器形式、冗余要求。例如某任务计算机的接口清单可归纳为：3路万兆以太网（视频/数据链）、2路1553B（火控/挂架）、4路RS-422（遥测/控制）、1路JESD204B（电子战射频）、若干离散量。冗余方面，1553B通常要求双余度，以太网可要求双平面交换。

四、存储需求：容量、带宽与保持性

存储需求分三类：程序存储、数据记录、掉电保持参数。程序存储要求可靠启动与版本管理，通常采用NOR Flash或eMMC，容量在数十GB量级。数据记录是侦察剖面的重点：若记录两路1080p@30fps压缩后视频，码率按8 Mbps/路计算，1小时记录量约为2×8 Mbps×3600 s ÷ 8 ≈ 7.2 GB；若同时记录原始图像用于事后分析，码率升至1.5 Gbps/路，1小时即约1.35 TB。因此记录介质需根据“记录时长×码率”确定容量，并保证持续写入带宽不低于峰值码率的1.2倍。

掉电保持参数包括任务装订数据、密钥、校准系数等，容量小但要求写入可靠、掉电不丢失，通常采用FRAM或带超级电容保护的SRAM。存储需求还要考虑加密与擦除要求，尤其是密钥和任务数据在任务结束后需可快速擦除。

五、实时性需求：截止时间与抖动

实时性需求要逐条任务定义截止时间。例如：火控解算从收到目标数据到输出武器投放指令，截止时间不超过50 ms；通信中继转发从收到数据帧到发出，截止时间不超过10 ms，抖动不超过1 ms；电子战干扰样式更新周期不超过2 ms。这些指标直接决定操作系统的调度策略和任务优先级划分。

工程上常用“周期+截止时间+最坏执行时间”三元组描述实时任务。假设火控解算任务周期为20 ms，WCET为8 ms，则CPU利用率贡献为40%；若再叠加通信转发任务周期5 ms、WCET 1.5 ms，利用率贡献30%；两者合计70%，加上其他任务后若超过85%，就需要重新分配核或降低非关键任务频率。实时性需求捕获的成果，应是一张可调度性分析输入表，而不是一句“满足实时性”。

六、环境适应性：从装机位置反推指标

环境适应性需求与装机位置强相关。若任务计算机安装在增压舱内，温度范围可放宽至-40℃～+55℃；若安装在设备舱或靠近发动机，则需满足-55℃～+70℃甚至更高，并考虑振动量级。典型机载环境指标包括：工作温度、存储温度、振动（如GJB 150A中规定的功能振动与耐久振动）、冲击、湿度、高度、电磁兼容（如GJB 151B中CE102、RE102等项目）。供电方面，需明确28 VDC或270 VDC输入、瞬态电压范围、功耗上限与散热方式（自然散热、风冷或液冷）。

环境适应性需求不是“越严越好”，而是“与装机位置匹配”。过度加严会带来重量、功耗和成本上升，因此需求捕获阶段必须与结构、环控专业协同确认装机环境。

七、需求捕获成果示例

下表给出一份示例性需求条目表，用于说明如何把上述分析落成可验证条目。表中数值为教学示例，实际型号需依据任务书与实测数据确定。

综上，任务计算机的需求捕获应以任务剖面为输入，以任务—资源占用矩阵为中间工具，最终输出可验证的计算、接口、存储、实时性和环境适应性条目。侦察、打击、通信中继、电子战四类剖面各有侧重，但设计包络必须覆盖其真实并发组合。只有把“任务”翻译成“指标”，后续的架构设计、器件选型和测试验证才有据可依。