CompactPCI Serial的太空應(yīng)用

航空航天的商業(yè)化，就像這個OneWeb項目一樣，增加了老牌公司為這個市場開發(fā)有競爭力的產(chǎn)品的壓力。一種可能的選擇是依靠現(xiàn)有的國際標(biāo)準(zhǔn)，以便在開發(fā)和項目生命周期中節(jié)省時間和成本。

采用這樣的標(biāo)準(zhǔn)并使其適應(yīng)太空要求也是空中客車公司、泰雷茲阿萊尼亞公司等一批全球太空參與者所追求的解決方案：他們決定采用一種相當(dāng)新的、功能強(qiáng)大但已經(jīng)經(jīng)過行業(yè)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)：CompactPCI Serial。使用這樣的成熟標(biāo)準(zhǔn)還有助于減少航空電子設(shè)備硬件的過時問題，同時顯著降低硬件和軟件的復(fù)雜性和成本。

空間應(yīng)用的可用性和開放接口

除了完全定制的解決方案外，VPX 長期以來一直是太空嵌入式系統(tǒng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但 CompactPCI 在太空應(yīng)用中也有著悠久的歷史。CompactPCI使用的著名例子包括好奇號火星探測器在衛(wèi)星控制中的應(yīng)用及其在國際空間站科學(xué)任務(wù)中的實(shí)施。即使是 CompactPCI 系列基本規(guī)格也具有已經(jīng)定義和到位的空間所需的機(jī)械和傳導(dǎo)冷卻技術(shù)。

此外，與 VPX 相比，靈活的 CompactPCI 串行標(biāo)準(zhǔn)提供了更易于使用和成本優(yōu)化的開發(fā)。

例如，Space CompactPCI Serial的典型應(yīng)用可以是平臺和衛(wèi)星上有效載荷控制器的實(shí)現(xiàn)。

Space CompactPCI Serial 是高度復(fù)雜市場最合乎邏輯的選擇，同時可重復(fù)使用和發(fā)展成熟的工業(yè)技術(shù)，并顯著降低成本。同時，從CompactPCI Serial中刪除了一些未使用的功能，以使標(biāo)準(zhǔn)更加簡化，同時添加了其他屬性以優(yōu)化用例的標(biāo)準(zhǔn)。

CompactPCI 串行規(guī)范擴(kuò)展的兩個主要變化是定義雙星架構(gòu)以提高可用性，以及增加了開放管理總線，允許集成空間應(yīng)用中常見的不同通信協(xié)議。

CompactPCI Serial基本規(guī)范定義了單星架構(gòu)，而Space CompactPCI Serial現(xiàn)在對稱地將這些互連的使用量加倍，因此如果一個CPU發(fā)生故障，整個系統(tǒng)的功能將不受影響。提高可用性對于在太空中使用至關(guān)重要，特別是因?yàn)樵谛l(wèi)星在軌道上時簡單地交換CPU卡有點(diǎn)困難。

除了系統(tǒng)左側(cè)的系統(tǒng)插槽 （A） 外，系統(tǒng)右側(cè)的第二個系統(tǒng)插槽 （B） 也使用相同的路由方法。所有七個外圍設(shè)備插槽都連接到兩個系統(tǒng)插槽，并且兩個系統(tǒng)插槽相互連接?？傊?，這些鏈路構(gòu)建了一個完全網(wǎng)狀的互連網(wǎng)絡(luò)。全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不限于任何特定協(xié)議，可用于以太網(wǎng)、SpaceWire、TTEthernet 和 EtherSpace 等物理互連標(biāo)準(zhǔn)。

與全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并行，兩個系統(tǒng)插槽都可以通過八個特定的差分鏈路連接到任何外圍板。這些鏈路也可用于任何協(xié)議，具體取決于應(yīng)用和各個電路板。此雙星體系結(jié)構(gòu)旨在用于高可用性解決方案。

其結(jié)果是通過背板并行靈活地使用全網(wǎng)狀以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，以及通過PCI Express或任何其他協(xié)議的雙星架構(gòu)。

圖1：Space CompactPCI Serial定義了第二個系統(tǒng)插槽，為PCI-Express形成了雙星架構(gòu)。

該規(guī)范定義了一個實(shí)用程序連接器，可以通過開放式管理總線進(jìn)行控制和配置。它接管了熱插拔功能，因?yàn)樗糜贑ompactPCI串行，并允許打開和關(guān)閉系統(tǒng)中的單個卡。熱插拔功能對于在軌衛(wèi)星來說確實(shí)不是必需的，但實(shí)際上在地面和測試系統(tǒng)的集成過程中非常有用，這仍然可以通過PCI Express和普通的CompactPCI串行卡實(shí)現(xiàn)。

由于Space CompactPCI Serial旨在用于傳導(dǎo)冷卻環(huán)境，因此機(jī)械設(shè)計與CompactPCI Serial完全兼容，但板對板間距為5HP ［水平間距= 25.4 mm］而不是4HP ［20.3 mm］，以允許每塊板使用傳導(dǎo)冷卻框架。目前，工作組成員已經(jīng)在為Space CompactPCI Serial開發(fā)特定的標(biāo)準(zhǔn)背板。

高速背板互連和連接器旨在支持每差分對 12.5 Gbit/s 的數(shù)據(jù)速率。全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的加速帶寬為 400 Gbit/s。此外，雙星互連同時支持 1 Tbit/s 的吞吐量速率。

基礎(chǔ)設(shè)施信號可實(shí)現(xiàn)舒適靈活的系統(tǒng)管理。除I2C總線外，還支持CAN總線。電源為12伏;可選的 5V 待機(jī)電壓可用于支持掛起模式或睡眠模式。電源軌可以是單個平面，也可以單獨(dú)供電和控制每塊板。電源和系統(tǒng)管理不是 Space CompactPCI 串行規(guī)范的一部分。

太空中的惡劣環(huán)境，尤其是真空條件，對連接器的要求很高。該材料不得脫氣，因?yàn)橐恍┟摎獾牟牧蠒谛l(wèi)星的敏感透鏡上留下沉積物。除氣測試已經(jīng)確認(rèn)了用于Space CompactPCI Serial的連接器的資格。其他機(jī)械或環(huán)境措施，如SEU電阻，未在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中定義，因?yàn)檫@些措施取決于客戶的要求以及電路板在應(yīng)用和終端系統(tǒng)中的位置。

Space CompactPCI Serial允許在空間中使用已建立的工業(yè)技術(shù)，從而可以經(jīng)濟(jì)高效地將最新技術(shù)用于空間應(yīng)用。開放標(biāo)準(zhǔn)保證了來自不同供應(yīng)商的不同電路板的互操作性，并幫助設(shè)計人員在一次任務(wù)中重復(fù)使用解決方案。

審核編輯：郭婷