Penggunaan I2C berlebihan di pesawat ruang angkasa avionik

Baru-baru ini saya membaca laporan ini tentang proyek pengembangan avionik JPL x2000, yang mengembangkan lebih banyak platform avionik modular menggunakan silikon komersial, untuk menghemat biaya dan daya. Mereka memilih arsitektur dua protokol redundan yang menghubungkan semua elektronik di pesawat ruang angkasa. Bus 1394 kecepatan tinggi digunakan untuk data besar, sedangkan bus I2C (pada 100khz) digunakan untuk kontrol bandwidth rendah. Ini dikonfigurasikan sebagai multi-master bus, di mana setiap node dapat berkomunikasi satu sama lain.

Saya belum pernah menggunakan I2C untuk lebih dari satu sensor, tetapi dari apa yang saya pahami ada batasan jarak yang serius. Saya di dalam pesawat ruang angkasa, mungkin ada kabel memanfaatkan panjang yang signifikan.

Selain memiliki dua bus I2C yang berlebihan, setiap perangkat memiliki ASIC khusus yang menyediakan isolasi antara bus dan chip utama yang digambarkan di sini dan di sini . Apakah chip ini mungkin menyediakan semacam pengkondisian juga?

Adakah yang bisa menjelaskan mengapa mereka memilih untuk menggunakan protokol yang dirancang untuk komunikasi dalam satu PCB untuk komunikasi dalam kendaraan besar?

Saya tahu mungkin tidak ada satu jawaban pasti, tetapi saya tertarik mendengar tentang faktor-faktor apa yang menjadi pilihan semacam itu.

Ya, ada batasan panjang dengan I2C tapi saya pikir apa yang mereka maksudkan adalah untuk berkomunikasi dengan IC lain di papan yang sama atau papan yang terletak di dalam subsistem yang sama daripada berpikir tentang berkomunikasi dengan sensor yang digunakan di sekitar pesawat ruang angkasa dan pesawat ruang angkasa lainnya. sistem terkait. Sebagian besar IC saat ini akan menggabungkan I2C sementara kecepatan data dan jarak dapat dilihat sebagai keterbatasan, untuk komunikasi onboard dengan IC lainnya, ICS menghasilkan metode transfer dan kontrol data yang sangat andal. IC seperti fungsi manajemen daya (PMIC), sensor suhu onboard, akselerometer dan gyro berbasis MEMS, untuk beberapa nama, I2C adalah pesaing yang layak.

• Itu tidak dirancang untuk satu titik akhir PCB tetapi lebih banyak titik multidrop lebih dari 400pF link pendek. Yang mungkin mencapai 15 m tanpa buffer atau repeater menggunakan sakelar.
• I2C akan digunakan untuk sensor bandwidth rendah jarak pendek (beberapa m) dan tautan kecepatan tinggi IEEE 1394 untuk komunikasi jarak jauh

Peningkatan dari laporan **

• Kedua bus tersebut adalah multi-master dan karenanya mendukung arsitektur yang dapat diskalakan dan didistribusikan secara simetris.

• Lapisan protokol ditambahkan ke bus I2C. Protokol ini mencakup jumlah byte setelah alamat dan dua byte CRC setelah data. Desain X2000 juga menggunakan perintah pesan perangkat keras utama untuk mengontrol fungsi-fungsi penting. Untuk pesan-pesan ini, perintah dikirim diikuti oleh pelengkapnya untuk memberikan satu lapisan perlindungan lagi.

• Dalam kondisi kegagalan katastropik seperti kegagalan daya bus, kedua set bus COTS dapat gagal sehingga semua komunikasi di antara node terputus. Untuk membangun kembali komunikasi, setiap node dapat menjalankan prosedur pemulihan terdistribusi yang terdiri dari urutan tautan yang memungkinkan / menonaktifkan aktivitas.

• karena penyebab kegagalan bencana mungkin tidak berada dalam sistem avionik, tidak ada jaminan bahwa prosedur pemulihan yang didistribusikan akan berhasil. Karena itu, pendekatan ini hanyalah jalan terakhir untuk menyelamatkan pesawat ruang angkasa.

Pendapat

• Poin terakhir berarti driver dan kabel Bus. Saya tidak terkejut bahwa penulis tidak menyebutkan topik yang berkaitan dengan "Sinyal Integritas" seperti ruang dan sistem memancarkan pilihan pasir EMI dari kabel atau BER vs tingkat kekebalan.
• Saya pikir laporan ini cacat karena penindasan informasi tentang integritas sinyal dan tingkat kesalahan ini
• semua laporan yang dibahas adalah lapisan Digital di atas lapisan fisik 1 dari lapisan OSI 7
• Namun bukan berarti mereka tidak memiliki data pakar atau Analog, hanya saja tidak dilaporkan di sana.
• Mereka memilih I2C berdasarkan biaya, ketersediaan RAD mengeras COTS dan daya rendah, jadi jika mereka mengelola masalah integritas sinyal dengan baik, mereka tidak akan harus bergantung begitu banyak pada deteksi kesalahan yang kuat / koreksi / pemulihan desain yang berlebihan.
• Ada metode terminasi yang tidak cocok yang dapat digunakan driver kolektor terbuka untuk meningkatkan margin sinyal seperti pull-up sumber arus dan bukan pull-up R pasif.

Anekdotal

Ini adalah area yang saya dukung Burroughs pada pertengahan '80 -an dalam memperbarui Standar Desain Korporat mereka untuk metode pengujian EMC dan spesifikasi untuk tingkat penerimaan kekebalan terhadap noise yang dilakukan, ESD yang dipancarkan, RF yang dipancarkan, RF yang memancarkan gelombang pesawat untuk menyapu RF dari medan magnet 100kHz ke x GHz bidang terpancar pada intensitas medan sangat tinggi menggunakan Coils magnetik dengan 1kW rack mount Amplifier dan antena datar dodecahedral dengan umpan balik opto untuk servo E-field flat response untuk memverifikasi kesalahan 0 bit dalam 10 ^ 10 bit.

NXP mendefinisikan atribut dari dua standar kawat ini yang disebut I2C sebagai berikut;

• Konsumsi arus yang sangat rendah.
• Imunitas kebisingan tinggi.
• Kisaran tegangan suplai lebar.
• Kisaran suhu pengoperasian yang luas.

Namun dibatasi oleh kapasitansi kabel dan dengan demikian pilihan dan panjang kabel, level arus transien terdekat atau tegangan laju perubahan tegangan tinggi, tipe driver aktif 50 ohm tipe buffer CMOS atau pemutusan sumber arus dan banyak variasi.

NXP spec mengatakan tidak ada masalah untuk 100kHz hingga 100pF yang biasanya 20pF / ft tergantung pada impedansi pasangan dan kemudian catatan kaki untuk menangani 100pF hingga 400pF maks untuk 100Kbps.

Jika itu aku, aku akan memilih twisted pair impedansi tertinggi (240 ~ 300 +) kemudian gunakan wastafel arus konstan dengan perlindungan latchup.

Dalam kasus apa pun, seorang insinyur desain saluran transmisi yang berpengalaman harus merancang / menguji stres dan memverifikasi integritas sinyal untuk tautan angkut pendek ini.

Tambahan

Siswa dari Stanford Engineering mengembangkan perangkat tambahan untuk komunikasi luar angkasa yang mencakup Watch Dog Timers untuk bersepeda kembali dan menggedor port untuk opsi pemulihan yang berlipat ganda di dalam bus.

Pendapat

Saya akan menafsirkan bahwa masalah utama bukan "integritas sinyal" pada tingkat kesalahan bit tetapi kegagalan keras karena impuls radiasi gamma yang dapat menyebabkan latch-up bahkan dalam perangkat CMOS litograf yang besar karena intensitas medan V / um yang tinggi dari energi tinggi ini. pulsa. Metode pemulihan mereka dari pengalaman saya diimplementasikan dengan benar dari pengalaman saya dengan 25kV ESD di Project IDA di rumah uji MTS hingga awal '80 -an

Anekdotal

Project IDA adalah perusahaan Winnipeg Interdiscom Inc. R&D yang saya ikuti untuk WAN ISDN-broadband kustom dengan TV-berbayar, data cuaca grafik, jajak pendapat digital, telepon digital, alarm kebakaran / pencuri, pembacaan meter, keyboard berkabel untuk data serial kecepatan tinggi dan 2 busur inci ESD dari tabung vakum TV statis dan jari-jari ke set top box kami di musim dingin yang kering !! Itu adalah SCADA DS1 skala besar pertama (1,544 Mbps) dua arah lebih dari RF ke 100 rumah di dunia yang berhasil diuji dan dikirim. Saya bertanggung jawab atas pengujian sistem, serta desain dan pembuatan berbagai perlengkapan uji BER dan pemantauan status jaringan 2 arah keseluruhan] dan tim kami membuatnya bekerja. Semua 100 rumah ini berbagi 1 kabel koaksial dan 2 RF untuk topologi pohon / bus TDM DS1.

Akhirnya dijual ke perusahaan yang memiliki Scientific Atlanta, Intellivision dan beberapa lainnya di Philadelphia.