Використання надлишкового I2C в авіоніці космічних кораблів


10

Нещодавно я прочитав цей звіт про проект розвитку авіоніки JPL x2000, який розробив більш модульну платформу авіоніки з використанням комерційного кремнію, щоб зменшити вартість та потужність. Вони обрали архітектуру двох зайвих протоколів, що пов'язували всю електроніку космічного корабля. Високошвидкісна шина 1394 використовується для великих даних, тоді як шина I2C (при 100 кГц) використовується для керування низькою пропускною здатністю. Це налаштовано як багатопровідна шина, де кожен вузол може спілкуватися один з одним.

Я не використовував I2C для більш ніж одиночних датчиків, але, наскільки я розумію, існують серйозні обмеження відстані. У космічному кораблі могло бути джгути значної довжини.

На додаток до двох зайвих шин I2C, кожен пристрій має спеціальний ASIC, який забезпечує ізоляцію між шиною та основним мікросхемою, зображеними тут  і тут . Можливо, цей чіп також забезпечує якесь кондиціонування?

Чи може хтось пояснити, чому вони, можливо, вирішили використовувати протокол, призначений для зв'язку в одній друкованій платі, для зв'язку у великому транспортному засобі?

Я знаю, що, ймовірно, немає однозначної відповіді, але мені цікаво почути, які фактори входять до такого вибору.


3
Як і ви, я здивований цим вибором. Мені важко було з довгими автобусами I2C: Спогади зарослого автобуса I2C .
Нік Алексєєв

4
Вся справа в ємнісному завантаженні та тактовій частоті. Існує багато способів розширити діапазон I2C, ось одна примітка додатка, яка може вам допомогти: maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/6208 Зусилля Nasa зменшили тактову частоту до 100 кГц, і я Ви бачили успішні впровадження довгих дротів на рівні 10 кГц. Найбільша проблема низької тактової частоти - це підтримка сумісності SMBUS, якщо це потрібно. Це також може допомогти: nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf
Jack Creasey

2
@Bruce На мій досвід, значна шина шини I2C починається, скажімо, з 1 метра. Ось де ємність шини та перешкоди перешкод можуть стати проблемою. Ємність і перешкоди, звичайно, можна пом'якшити за допомогою буферів і екранування. До того моменту, коли людина починає розглядати кілька пом'якшення наслідків, також починає замислюватися: "Чому ми розтягуємо I2C за межі її призначеного використання? Чому ми не використовуємо шину зв'язку, призначену для нашого діапазону?"
Нік Алексєєв

2
electronics.stackexchange.com/questions/106265/… "На 100 кГц, з хорошим протоколом відновлення помилок, 25 м можна легко досягти за допомогою основних проводів. Нам навіть вдалося досягти 100 м один раз за допомогою кабелю CAT5"
Брюс Абботт,

2
Я працював над космічним обладнанням (здебільшого макет PCB), я здивований, що I2C був обраний вище RS-485, який має кращу відмову від шуму та довгу підтримку проводів. Я думаю, аспект мультимайстра був більш важливим фактором. 485 вам потрібні додаткові допоміжні компоненти. I2C - це королівська PITA, але ви не застанете мене на космічній ракеті, яка використовує I2C для запуску кавоварки, не кажучи вже про важливі речі :)
Wossname

Відповіді:


1

Так, у I2C є обмеження довжини, але я думаю, що для цього вони мають намір спілкуватися з іншими ІС на тій же дошці або дошках, що знаходяться в межах однієї підсистеми, а не думати про спілкування з датчиками, розміщеними навколо космічного апарату та інших космічних кораблів пов'язані системи. Більшість ІС сьогодні включатимуть I2C, тоді як швидкість передачі даних та відстань можна розглядати як обмеження, а для бортового спілкування з іншими ІМС це надзвичайно надійний метод передачі та контролю даних. ІС, такі як функції управління потужністю (PMIC), бортові датчики температури, акселерометри та гіроскопи на основі MEMS, якщо назвати лише декілька, I2C є життєздатним конкурентом.


Спочатку у мене були такі ж думки, але потім я уважніше придивився до блок-схеми на стор.5. Один з автобусів I2C [на тій блок-схемі є більше] працює паралельно з шиною 1394,
Нік Алексєєв

У них є надмірність @NickAlexeev
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

-1
  • Він не розрахований на одну кінцеву точку друкованої плати, але досить багато точок мультипідрядності за короткий максимум 400pF зв'язку Що може бути до 15 м без буферів або ретрансляторів за допомогою перемикачів.
  • I2C призначений для коротких датчиків низької пропускної здатності (декілька м) та високошвидкісного зв'язку IEEE 1394 для зв'язку на більш далеких відстанях

Покращення звіту **

  • Обидві шини є багатопроменевими і тому підтримують симетричну масштабовану та розподілену архітектуру.
  • Шар протоколу додається до шини I2C. Цей протокол включає кількість байтів після адреси та два байти CRC після даних. Дизайн X2000 також використовує спеціальні команди апаратних повідомлень для управління критичними функціями. Для цих повідомлень надсилається команда з подальшим її доповненням, щоб забезпечити ще один рівень захисту.

  • За катастрофічних умов відмови, таких як відключення живлення шини, обидва набори шин COTS можуть вийти з ладу, щоб втратити всі комунікації між вузлами. Щоб відновити зв'язок, кожен вузол може виконати процедуру розподіленого відновлення, яка складається з послідовності операцій включення / відключення зв'язку.

  • оскільки причина катастрофічного збою може бути не в системі авіоніки, немає гарантії, що розподілена процедура відновлення буде успішною. Тому такий підхід є лише останнім призовом для порятунку космічного корабля.

Думка

  • Останній пункт означає водій автобуса та кабель. Я не здивований, що автор не згадав жодної теми, пов’язаної з "Цілісністю сигналу", наприклад, випромінюванням простору та вибору піску на EMI з використанням кабелів або рівнями BER проти рівня незручності.
  • Я думаю, що у звіті є недоліки через це придушення інформації про цілісність сигналу та частоти помилок
  • весь звіт обговорюється на цифрових шарах над фізичним рівнем 1 шарів OSI 7
  • Однак це не означає, що у них не було експертів чи даних Аналогових даних, про це просто не повідомлялося.
  • Вони вибрали I2C на основі вартості, наявності CATS, що зміцніла RAD, і низької потужності, тому, якщо вони добре керували проблемами цілісності сигналу, їм не доведеться стільки покладатися на надійну конструкцію виявлення / виправлення / відновлення / відновлення.
  • Існують невідповідні методи припинення, які драйвери відкритого колектора можуть використовувати для підвищення запасу сигналу, наприклад підтягування джерела струму замість пасивного підтягування R.

Анекдотичний

Це сфера, яку я підтримував Берроуз у середині 80-х у оновленні своїх стандартів корпоративного дизайну для методів тестування на ЕМС та технічних характеристик щодо рівня прийнятності імунітету до проведеного шуму, випромінюваного ОУР, випромінюваного РСЗ, випромінювання площинних хвиль для проникнення РЧ із магнітних полів 100 кГц до випромінюваних полів до ГГц при дуже високій напруженості поля за допомогою магнітних котушок із підсилювачем, встановленим на рейці потужністю 1 кВт, та додекаедральною плоскою антеною з оптичним зворотним зв'язком для плоскої відповіді сервового E-поля для перевірки 0 бітових помилок у 10 ^ 10 біт.

NXP визначає атрибути цього двох дротяних стандартних назв I2C наступним чином;

• Вкрай низьке споживання струму
• Високий рівень захисту від шуму.
• Широкий діапазон напруги живлення.
• Широкий діапазон робочих температур.

Однак вона обмежена ємністю кабелю і, отже, вибором та довжиною кабелю, рівнем перехідних високих струмів поблизу або високою швидкістю напруги, швидкістю типу драйвера, активним типом буфера 50 Ом CMOS або завершенням джерела струму та багатьма варіаціями.

Спеціалізація NXP говорить про відсутність проблем для навантаження 100 кГц до 100 пФ, яке може бути, як правило, 20 пФ / фут, залежно від опору пари, а потім виноски для обробки від 100 пФ до 400 пФ макс для 100 Кбіт / с.

Якби я був, я б вибрав виту пару з найвищим опором (240 ~ 300 +), а потім використовувати мийку постійного струму із захистом засувки.

У будь-якому випадку інженер з проектування ліній електропередач повинен спроектувати / напружити випробування та перевірити цілісність сигналу для цих коротких каналів зв'язку.

Додаток

Студенти зі Stanford Engineering розробили вдосконалення для космічної комунікації, що включало в себе таймери Watch Dog для повторного перемикання живлення та порту розбиття бітів для варіантів відновлення, мультиплексованих у шині.

Думка

Я б інтерпретував, що основними проблемами були не «цілісність сигналу» щодо швидкості помилок біт, а жорсткі збої внаслідок імпульсів гамма-випромінювання, які можуть викликати замикання навіть у великих літографічних пристроях CMOS через високу напруженість поля V / um цих високих енергій імпульси. Їхні методи відновлення з мого досвіду були правильно втілені з мого досвіду з 25 кВ ESD в проекті IDA в тестовому будинку MTS до початку 80-х

Анекдотичний

Проект IDA був компанією Winnipeg Interdiscom Inc., в якій я брав участь у користувальницькій широкосмуговій WAN ISDN з платним телебаченням, графічними даними про погоду, опитуваннями думок, цифровою телефонією, сигналізацією ялиці / зчинення, метром зчитування, проводовою клавіатурою для високошвидкісних серійних даних та 2 дюймові дуги ESD від телевізора з вакуумною трубкою статики та пальці до нашого приладу в суху зиму !! Це був 1-й масштабний SCADA DS1 (1,544 Мбіт / с) двосторонній радіочастот до 100 будинків у світі, які були успішно протестовані та поставлені. Я відповідав за тестування системи, а також проектування та виготовлення різноманітного тестового обладнання BER та загальний моніторинг стану двосторонньої мережі], і наша команда змусила його працювати. Усі ці 100 будинків розділили 1 коаксіальний кабель та 2 радіочастоти для топології дерева / шини TDM DS1.

Врешті-решт він був проданий компанії, яка володіла Науковою Атлантою, Intellivision та кількома іншими у Філадельфії.


Я б здогадувався, що ваш 5-й пункт у висновку - це фактична причина, чому NASA запропонувала використовувати I2C таким чином. Цей вибір викликає сумніви серед решти нас, оскільки ми не знаємо, які типи COTS з якими типами шин зв'язку доступні чи ні.
Нік Алексєєв

@NickAlexeev Поставивши Honeywell багато материнських плат авіоніки, вони є основним постачальником, але автору не довелося обґрунтовувати, що багато COTS RAD затверділо, але, як і більшість рішень, в кінцевому рахунку вони коштують з достатньою надійністю
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.