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在设计嵌入式计算机时，对设计工程师而言，体系架构可能只是个小问题。只要有具备一定性能的处理器、输入/输出（I/O）、扩展和其他关键端口，就可以满足应用程序的要求。尺寸、重量、功耗（SwaP）和可靠性是关键问题，主板尺寸和外形也很重要。 主板 理想尺寸的主板可为系统提供更优化的SwaP。主板尺寸越小，重量越小，功耗会更少，但性能也会受限。如果系统空间有限，需在主板尺寸和性能间作出权衡。ATX，EATX，Mini-ITX和MicroATX的嵌入式主板提供多种外形尺寸选择。 Mini-ITX的主板尺寸最紧凑，并配有至多1个扩展槽，可选英特尔的凌动系列或酷睿系列低功率处理器，通常有一个较小的中央处理器插座和较低的引脚数，由于桌面处理器对插座、引脚和热功率有更高要求，因此不适用这种情况。 MicroATX的主板最多有四个扩展槽，主要用于台式机处理器等功耗主机。 ATX性能与美科公司产品非常类似，扩展能力增加至7个插槽。 EATX最大的规格与插槽数相同，但目前只允许安装双处理器。双处理器的配置使处理能力大大增强，可扩展其他功能，如内存容量与总线和接口标准（PCIe）通道数。 图1 基于总线和接口标准的不同主板尺寸图（按外形尺寸） 在输入/输出方面，不同尺寸主板之间的端口计数并无太大差异，通常有几个显示端口、通用串口总线（USB）、局域网（LAN）和串行通信端口（COM），可支持标准外设和与网络通信。如果主板主要是嵌入式应用，则带有线性功率控制单元（LPC）、内部整合电路（I2C）和数字输入输出（DIO）等输入/输出端口，可用于特定应用的设备通信。同时，存储器尺寸随着增加SATA端口数量而变化。Mini-ITX主板将有2~4个端口，EATX主板上可多达10个。
处理器 除了主板类型，军事/航空航天领域应用的一个重要考虑因素是处理器，它们通常以最低功耗为其应用提供最大性能。英特尔的酷睿i系列处理器、至强系列和凌动系列提供了一个独特的平台基础。 英特尔酷睿i系列是“赛车引擎”，具有非常高的性能，通常为2到4个内核，最多16个总线和接口标准通道，为功能不太复杂的系统提供了强大的吞吐量，且不需要大量板载内存。英特尔的Skylake处理器处理速度非常快，通常达到3-4千兆赫兹范围内，对许多军事/航空航天领域信号处理应用、仿真系统等非常有益。 至强处理器类似于“18轮半发动机”，速度不一定非常快，但其可带动非常大的负载。处理器核的数量可以很多，一些非常高端的应用程序可达到20个。它通常有32个总线和接口标准（PCIe）通道，有时可达40多个，极大地提高了灵活性。该设计为主板制造商提供了多项选择。军事/航空航天设计人员在许多应用中，如C4ISR系统或态势感知、服务器类型中都使用至强处理器。 另外一种是低功耗处理器，如凌动系列处理器。这款处理器类似于“紧凑型电动汽车发动机”，专门低功耗而设计，但通用性较低，仅适用于只有1-4个总线和接口标准（PCIe）通道、复杂度低的系统。这些系统通常拥有1-2个内核，非常节能。主板设计人员也对小尺寸的凌动处理器非常钟爱，得益于凌动处理器的片上系统设计，减少了对芯片组的需求，因而可以占用更少的电路板空间。英特尔的凌动系列适用于无风扇或传导冷却的军事/航空航天应用，在平均故障间隔时间（MTBF）、简单性、低功耗等方面具有显着优势。
机箱解决方案 对于许多军事/航空航天应用而言，系统无风扇设计非常重要，可显著减少气流通风，或者沙子、灰尘或其他污染物的影响。对于低功耗的多个尺寸主板而言，设计人员可采用大量的无风扇机箱配置设计，以优化SWaP，确保系统寿命。设计人员还可作出修改满足应用需求。例如，天线或无线网卡等通常可连接到这些SFF计算机中。参见图2这种系统的示例。 许多军事/航空航天应用程序需要一些扩展选项。对于小型系统而言可以实现，但通常情况下也是有限度的。例如，一个小型Mini ITX主板是170毫米X170毫米，仅有一个总线和接口标准扩展槽的空间，但可添加一个或两个微小总线和接口标准插槽。主板系统可以提供几个插槽，用于添加图形处理、数据采集、外部扩展/输入输出、网络和其他所有类型的卡，还有利于为串行通信端口（COM）、局域网（LAN）、串行、视频图形阵列/综合式数字显示接口等提供各种标准输入输出选项。 机架式设计为密集型系统应用提供了大量的扩展能力和丰富的输入/输出选项。图3机架式计算机内部的ATX主板具有前风扇、7个后插槽、单个700瓦程序存贮单元和双重热插拔风扇的典型配置。为增加应用的多功能性，设计人员可提供各种以太网，视频图形阵列（VGA）、交互式数字视频系统（DVI）、高清晰度多媒体接口、通用串行总线（USB）、串行和其他端口。 多功能系统是在小型系统中实现机架式安装的很好例子。这些系统通常能提供功能扩展，但在更紧凑的壁挂式系统中，图4展示了总线和接口标准/周边元件扩展接口插槽，32GB DDR4内存，可选光驱，多个图形，输入/输出和通信端口选项多功能系统示例。
单板机 出于对非常小型外形因素的考虑，单板机（SBC）可用于许多军事/航空航天系统中。值得注意的是，这里所说的是小型主板，而不是插入基于背板系统的单板机。单板机在一个板中增加了多个板功能的优点。通常情况下，卓越的处理能力可与图形处理、多个输入输出选项、图形和存储端口，以及卓越的DDR3或DDR4存储器相结合。至强、凌动或酷睿i处理器（以及各种芯片组）可实现各种应用。对于非常小且相对简单的解决方案，凌动处理器可以在3.5英寸单板机上使用，提供用于具有显示端口和各种输入/输出接口的基本计算功能的独立、紧凑、低功率系统。 由于其体积小，单板机电路板通常使用功耗更低的处理器，因此适用于无风扇和传导冷却系统。设计人员可在单板机和嵌入式计算机模块（COM Express）周围设计非常小的外形尺寸，无需增加太多空间。图5展示了具有围绕其缠绕外壳的3.5英寸单板机的示例。单板机为146毫米×102毫米，由于为风扇等增加了一些空间，机壳尺寸为166毫米×157毫米。值得注意的是，标签安装会稍微增加尺寸。因此，使用机箱的“精确尺寸”可以优化尺寸和重量。 图5：使用2.5-4英寸单板机主板的紧凑尺寸，与电路板的输入/输出配置相连的“精确尺寸”机箱可以优化尺寸、重量和功率 嵌入式计算机模块 COM Express是一个模块和载板对，允许应用程序规定主板的尺寸和形状。该模块处理所有与处理相关的功能，而载板处理输入输出和扩展。用“汽车发动机”举例，嵌入式计算机模块包含发动机、变速器和动力传动系统，而载板是车辆的底盘。基本上，模块用于处理处理器、存储器，以标准连接器的形式提供与载板的接口。通过这种双板方法，军事/航空航天设计人员能够更加灵活地将嵌入式计算机广泛应用。载板可轻松地根据各种输入/输出和扩展要求进行定制，同时与模块板保持一致。随着时间的推移，模块的性能可以升级，并将继续与载板连接。通过载波和模块之间的标准接口，各种嵌入式计算机和制造设施都可以随着时间的推移使用。该方案还可以使载板的设计保密。 嵌入式计算机模块非常通用，具有包括基本、扩展、迷你和紧凑几个标准尺寸的接口。由于基本和扩展版本尺寸更大，他们通常会有更强大的英特尔酷睿i处理器。为提供更多的多功能性，嵌入式计算机模块设计人员可以利用不同代处理器的最佳性价比，如紧凑和迷你型模块通常使用基于系统集成芯片的酷睿i或凌动处理器。当然，嵌入式计算机模块能力的关键因素是不同的类型。第6版的嵌入式计算机模块可提供多达24个总线和接口标准通道，这是目前最常见的通道。每种类型的嵌入式计算机模块定义可以使用的总线和接口标准通道数量为可用输入/输出端口的数量。 机箱的多功能性 通常情况下，商用或工业级机架式机箱适用于国防计算，但有时需要更坚固的设计。为使商用工业机架式机箱更加坚固，设计人员可进行部分修改。设计人员需要选择适当的组件操作/存储温度，并承受环境影响。此外，保形涂层可用于保护系统中的组件。通过从冷轧钢到铝材料和厚加固点，可以加强和减轻机箱。设计人员用于将模块固定到槽和其他紧固件/阻尼器中的压紧杆，可以用于满足更高水平的冲击和振动。系统冗余是高可靠性系统的另一个关注点，还可以实现具有电压/健康监测选项的电力冗余。 具有各种底盘深度选项可以帮助用户优化机箱的尺寸和重量。例如，利用特殊的安装规定和通用的设计方法，这种计算平台可以通过布线或定制对双冗余程序存贮单元和后部的驱动器托架进行较大更改。 其他考虑因素 除了设计，为国防和政府应用程序提供计算平台的另一个关键因素是寿命周期长。这主要受到消费者对嵌入式主板选择的影响。在保障问题上，消费者关注的是其数年或数十年的可用性。用户不得不选择一个新的板意味着硬件昂贵的重新鉴定以及所损耗的时间。更不用说，这对于关键任务应用程序是完全不可接受的。嵌入式主板具有更长的生命周期支持。修订控制也是一个考虑因素，因为消费者主板将基于可用的和在制造时最具成本效益地改变组件。嵌入式主板可以根据项目的寿命锁定物料清单（BOM）和库存部件。提供扩展的中央处理器（CPU）和其他组件生命周期支持对于防御要求很重要。
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