Использование резервного I2C в авионике космических аппаратов

Да, у I2C есть ограничение по длине, но я думаю, что они могут предназначать это для связи с другими ИС на той же плате или платами, расположенными в той же подсистеме, а не думать о связи с датчиками, развернутыми вокруг космического корабля и других космических кораблей. сопутствующие системы. Большинство ИС сегодня будут включать I2C, в то время как скорость передачи данных и расстояние можно рассматривать как ограничения, для встроенной связи с другими ИС это дает чрезвычайно надежный метод передачи данных и управления. ИС, такие как функции управления питанием (PMIC), бортовые датчики температуры, акселерометры и гироскопы на основе МЭМС, и это лишь некоторые из них, I2C является жизнеспособным соперником.

• Он был разработан не для одной конечной точки печатной платы, а для множества многоточечных точек на коротком канале с максимальной емкостью 400 пФ. Что может быть до 15 м без буферов или повторителей с использованием коммутаторов.
• I2C будет использоваться для маломощных датчиков с низкой пропускной способностью (несколько метров), а высокоскоростная связь IEEE 1394 — для связи на большие расстояния.

Улучшения из отчета**

• Обе шины являются мультимастерными и, следовательно, поддерживают симметричные масштабируемые и распределенные архитектуры.

• К шине I2C добавляется уровень протокола. Этот протокол включает счетчик байтов после адреса и два байта CRC после данных. В конструкции X2000 также используются специальные команды аппаратных сообщений для управления критическими функциями. Для этих сообщений отправляется команда, за которой следует ее дополнение, чтобы обеспечить еще один уровень защиты.

• В условиях катастрофического отказа, такого как сбой питания шины, оба комплекта шин COTS могут выйти из строя, что приведет к потере связи между узлами. Чтобы восстановить связь, каждый узел может выполнить распределенную процедуру восстановления, состоящую из последовательности действий по включению/отключению канала.

• поскольку причина катастрофического отказа может быть не в системе авионики, нет гарантии, что процедура распределенного восстановления будет успешной. Таким образом, этот подход является лишь последним средством спасения космического корабля.

Мнение

• Последний пункт означает драйвер шины и кабель. Меня не удивляет, что автор не упомянул какие-либо темы, связанные с «целостностью сигнала», такие как пространственные и системные излучаемые электромагнитные помехи и выбор кабелей или BER по сравнению с уровнями помехоустойчивости.
• Я думаю, что отчет ошибочен из-за этого подавления информации о целостности сигнала и частоте ошибок.
• все, что обсуждается в отчете, - это цифровые уровни выше физического уровня 1 из уровней OSI 7.
• Однако это не значит, что у них не было экспертов или аналоговых данных, просто там об этом не сообщалось.
• Они выбрали I2C из-за стоимости, доступности COTS с защитой от RAD и низкого энергопотребления, поэтому, если бы они хорошо справились с проблемами целостности сигнала, им не пришлось бы так сильно полагаться на надежную избыточную конструкцию для обнаружения/исправления/восстановления ошибок.
• Существуют несогласованные методы согласования, которые драйверы с открытым коллектором могут использовать для увеличения запаса сигнала, такие как подтяжка источника тока вместо пассивной подтяжки R.

Анекдотический

Это та область, в которой я поддерживал Burroughs в середине 80-х при обновлении их корпоративных стандартов проектирования для методов испытаний на электромагнитную совместимость и спецификаций приемочных уровней устойчивости к кондуктивным помехам, излучаемому электростатическому разряду, излучаемому импульсному радиочастотному сигналу, излучению плоских волн для качающихся радиочастотных сигналов от магнитных полей частотой 100 кГц. излучаемые поля до x ГГц при очень высокой напряженности поля с использованием магнитных катушек с установленным на стойке усилителем мощностью 1 кВт и додекаэдрической плоской антенной с оптообратной связью для плоского отклика сервопривода E-поля для проверки 0 битовых ошибок в 10^10 битах.

NXP определяет атрибуты этого двухпроводного стандарта, называемого I2C, следующим образом;

• Чрезвычайно низкое потребление тока
. • Высокая помехоустойчивость.
• Широкий диапазон питающих напряжений.
• Широкий диапазон рабочих температур.

Однако он ограничен емкостью кабеля и, следовательно, выбором и длиной кабеля, уровнем близлежащих переходных высоких токов или напряжения с высокой скоростью нарастания, типом драйвера, активным 50-омным буфером CMOS, типом оконечной нагрузки источника тока и многими другими вариантами.

Спецификация NXP говорит об отсутствии проблем для нагрузки от 100 кГц до 100 пФ, которая обычно может составлять 20 пФ/фут в зависимости от импеданса пары, а затем сноски для обработки от 100 пФ до 400 пФ максимум для 100 Кбит/с.

Если бы это был я, я бы выбрал витую пару с самым высоким импедансом (240 ~ 300+), а затем использовал приемник постоянного тока с защитой от защелки.

В любом случае опытный инженер-конструктор линий передачи должен спроектировать/провести стресс-тестирование и проверить целостность сигнала для этих линий ближней связи.

Приложение

Студенты из Stanford Engineering разработали усовершенствования для космической связи, в том числе сторожевые таймеры для повторного включения питания и порты битовых ударов для вариантов восстановления, мультиплексированных на шине.

Мнение

Я бы интерпретировал, что основные проблемы заключались не в «целостности сигнала» в частоте ошибок по битам, а в серьезных сбоях из-за импульсов гамма-излучения, которые могут вызвать защелкивание даже в больших литографических устройствах CMOS из-за высокой напряженности поля V/um этих высоких энергий. импульсы. Их методы восстановления, основанные на моем опыте, были правильно реализованы на основе моего опыта работы с электростатическим разрядом 25 кВ в проекте IDA в испытательном доме МТС до начала 80-х годов.

Анекдотический

Проект IDA был Winnipeg Interdiscom Inc. Научно-исследовательское предприятие, в котором я принимал участие для пользовательской ISDN-широкополосной глобальной сети с платным телевидением, графическими данными о погоде, опросом общественного мнения, цифровой телефонией, сигнализацией о пожаре и взломе, считыванием показаний счетчиков, проводной клавиатурой для высокоскоростных последовательных данных и 2 дюймовые дуги электростатического разряда от лампового телевизора статика и пальцы на нашу приставку в сухую зиму!! Это была первая крупномасштабная система SCADA DS1 (1,544 Мбит/с), успешно протестированная и доставленная в обе стороны по радиочастоте в 100 домов по всему миру. Я отвечал за тестирование системы, а также проектирование и производство различного оборудования для тестирования BER, а также за общий двухсторонний мониторинг состояния сети, и наша команда справилась с этой задачей. Все эти 100 домов использовали один коаксиальный кабель и два радиочастотных кабеля для топологии дерева/шины TDM DS1.

В конце концов он был продан компании, которая владела Scientific Atlanta, Intellivision и несколькими другими в Филадельфии.