Việc sử dụng I2C dư thừa trong hệ thống điện tử hàng không vũ trụ


10

Gần đây tôi đã đọc báo cáo này về dự án phát triển hệ thống điện tử hàng không JPL x2000, đã phát triển nền tảng điện tử hàng không mô-đun hơn bằng cách sử dụng silicon thương mại, để cắt giảm chi phí và năng lượng. Họ đã chọn một kiến ​​trúc gồm hai giao thức dự phòng liên kết tất cả các thiết bị điện tử trong tàu vũ trụ. Một bus 1394 tốc độ cao được sử dụng cho dữ liệu lớn, trong khi bus I2C (ở 100khz) được sử dụng cho các điều khiển băng thông thấp. Điều này được cấu hình như một bus đa chủ, nơi mọi nút có thể giao tiếp với nhau.

Tôi đã không sử dụng I2C cho nhiều hơn các cảm biến đơn lẻ, nhưng theo những gì tôi hiểu thì có những hạn chế về khoảng cách nghiêm trọng. Tôi trong một con tàu vũ trụ, có thể có các dây nối có chiều dài đáng kể.

Ngoài việc có hai bus I2C dự phòng, mỗi thiết bị có ASIC tùy chỉnh cung cấp sự cách ly giữa bus và chip chính được mô tả ở đây  và đây . Có phải con chip này có thể cung cấp một số loại điều hòa là tốt?

Bất cứ ai cũng có thể giải thích lý do tại sao họ có thể chọn sử dụng một giao thức được thiết kế để liên lạc trong một PCB để liên lạc trong một chiếc xe lớn?

Tôi biết có lẽ không có một câu trả lời chắc chắn nào, nhưng id rất thích nghe về những yếu tố nào trong loại lựa chọn đó.


3
Giống như bạn, tôi ngạc nhiên bởi sự lựa chọn này. Bản thân tôi đã có thời gian khó khăn với những chiếc xe buýt I2C dài: Hồi ức về một chiếc xe buýt I2C phát triển quá mức .
Nick Alexeev

4
Đó là tất cả về tải điện dung và tốc độ đồng hồ. Có nhiều cách để mở rộng phạm vi của I2C, đây là một lưu ý ứng dụng có thể giúp bạn: maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/6208 Những nỗ lực của Nasa đã giảm tốc độ xung nhịp xuống 100kHz và tôi Đã thấy việc triển khai dây dài thành công thấp tới 10kHz. Vấn đề lớn nhất với tần số xung nhịp thấp là duy trì khả năng tương thích SMBUS nếu điều đó là bắt buộc. Điều này cũng có thể giúp: nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf
Jack Creasey

2
@Bruce Theo kinh nghiệm của tôi, chiều dài đáng kể cho xe buýt I2C bắt đầu từ 1 mét. Đây là nơi mà điện dung xe buýt và thu sóng nhiễu có thể bắt đầu trở thành một vấn đề. Điện dung và nhiễu có thể được giảm thiểu bằng bộ đệm và che chắn, tất nhiên. Vào thời điểm người ta bắt đầu xem xét nhiều biện pháp giảm thiểu, người ta cũng bắt đầu tự hỏi "Tại sao chúng ta kéo dài I2C vượt quá mục đích sử dụng của nó? Tại sao chúng ta không sử dụng xe buýt truyền thông dành cho loại phạm vi của mình?"
Nick Alexeev

2
electronics.stackexchange.com/questions/106265/... "Tại 100 kHz, với một giao thức phục hồi lỗi tốt, 25m có thể dễ dàng đạt được bằng dây cơ bản Chúng tôi thậm chí còn có thể đạt đến 100m một lần với cáp CAT5."
Bruce Abbott

2
Tôi đã làm việc trên phần cứng hàng không vũ trụ (chủ yếu là bố trí PCB), tôi ngạc nhiên khi I2C được chọn trên RS-485, có khả năng loại bỏ tiếng ồn tốt hơn và hỗ trợ chạy dây dài. Tôi đoán khía cạnh đa chủ là một xem xét quan trọng hơn. 485 không cần thêm các thành phần hỗ trợ bạn. I2C là một Pita hoàng gia, bạn sẽ không bắt tôi sử dụng tên lửa không gian sử dụng I2C để điều hành máy pha cà phê, chứ đừng nói đến những thứ quan trọng :)
Wossname

Câu trả lời:


1

Đúng, có giới hạn về chiều dài với I2C nhưng tôi nghĩ những gì họ có thể dự định này là để liên lạc với các IC khác trên cùng một bảng hoặc bảng nằm trong cùng một hệ thống con thay vì nghĩ về việc giao tiếp với các cảm biến được triển khai xung quanh tàu vũ trụ và các tàu vũ trụ khác hệ thống liên quan. Hầu hết các IC ngày nay sẽ kết hợp I2C trong khi tốc độ và khoảng cách dữ liệu có thể được coi là hạn chế, đối với giao tiếp trên tàu với các IC khác, nó mang lại một phương pháp truyền và kiểm soát dữ liệu cực kỳ đáng tin cậy. Các IC như chức năng quản lý năng lượng (PMIC), cảm biến nhiệt độ trên bo mạch, gia tốc kế và con quay dựa trên MEMS, để chỉ một vài tên, I2C là một ứng cử viên khả thi.


Ban đầu tôi cũng có suy nghĩ tương tự, nhưng sau đó tôi đã xem xét kỹ hơn về sơ đồ khối trên p.5. Một trong những xe buýt I2C [có nhiều hơn một trên sơ đồ khối đó] đang chạy song song với xe buýt 1394,
Nick Alexeev

Họ có sự dư thừa @NickAlexeev
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

-1
  • không được thiết kế theo một điểm cuối PCB mà là nhiều điểm đa hướng trên một liên kết tối đa 400pF ngắn. Mà có thể có thể lên đến 15m mà không có bộ đệm hoặc bộ lặp sử dụng các công tắc.
  • I2C sẽ dành cho các cảm biến băng thông thấp đường ngắn (vài m) và liên kết tốc độ cao IEEE 1394 để liên lạc đường dài

Cải tiến từ báo cáo **

  • Cả hai xe buýt đều là đa chủ và do đó hỗ trợ các kiến ​​trúc phân tán và có thể mở rộng đối xứng.
  • Một lớp giao thức được thêm vào bus I2C. Giao thức này bao gồm số byte sau địa chỉ và hai byte CRC sau dữ liệu. Thiết kế X2000 cũng sử dụng các lệnh thông báo phần cứng đặc biệt để kiểm soát các chức năng quan trọng. Đối với những thông báo này, lệnh được gửi theo sau bởi phần bổ sung của nó để cung cấp thêm một lớp bảo vệ.

  • Trong điều kiện hỏng hóc thảm khốc như mất điện xe buýt, cả hai bộ xe buýt COTS có thể bị lỗi sao cho tất cả các liên lạc giữa các nút bị mất. Để thiết lập lại giao tiếp, mỗi nút có thể thực hiện quy trình khôi phục phân tán bao gồm một chuỗi các hoạt động bật / tắt liên kết.

  • vì nguyên nhân của sự thất bại thảm khốc có thể không nằm trong hệ thống điện tử hàng không, không có gì đảm bảo rằng quy trình phục hồi phân tán sẽ thành công. Do đó, cách tiếp cận này chỉ là cách truy đòi cuối cùng để cứu tàu vũ trụ.

Ý kiến

  • Điểm cuối cùng có nghĩa là trình điều khiển xe buýt và cáp. Tôi không ngạc nhiên khi tác giả không đề cập đến bất kỳ chủ đề nào liên quan đến tính toàn vẹn Tín hiệu của Hồi giáo như không gian và hệ thống chiếu xạ lựa chọn cát EMI của cáp hoặc BER so với mức độ miễn nhiễm.
  • Tôi nghĩ rằng báo cáo là thiếu sót do sự đàn áp thông tin về tính toàn vẹn tín hiệu và tỷ lệ lỗi
  • tất cả các báo cáo thảo luận là các lớp Kỹ thuật số trên lớp vật lý 1 của các lớp OSI 7
  • Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là họ không có chuyên gia hoặc dữ liệu Analog, nó chỉ không được báo cáo ở đó.
  • Họ đã chọn I2C dựa trên chi phí, tính khả dụng của COTS cứng RAD và công suất thấp, vì vậy nếu họ quản lý tốt các vấn đề toàn vẹn tín hiệu, họ sẽ không phải phụ thuộc quá nhiều vào thiết kế dự phòng phát hiện / sửa chữa / khôi phục lỗi mạnh mẽ.
  • Có các phương thức chấm dứt không khớp mà các trình điều khiển bộ thu mở có thể sử dụng để tăng cường biên độ tín hiệu như kéo lên nguồn hiện tại thay vì kéo lên R thụ động.

Không hoàn toàn đúng

Đây là khu vực tôi đã hỗ trợ Burroughs vào giữa thập niên 80 trong việc cập nhật Tiêu chuẩn thiết kế doanh nghiệp của họ cho các phương pháp thử nghiệm EMC và các thông số kỹ thuật để chấp nhận mức độ miễn nhiễm đối với tiếng ồn, sóng bức xạ, sóng RF bức xạ, sóng mặt phẳng để quét RF từ từ trường 100kHz Các trường bức xạ đến x GHz ở cường độ trường rất cao bằng cách sử dụng Cuộn từ với Bộ khuếch đại gắn trên giá 1kW và ăng-ten phẳng dodecah thờ với phản hồi opto cho phản hồi phẳng Trường E-servo để xác minh lỗi 0 bit trong 10 ^ 10 bit.

NXP định nghĩa các thuộc tính của tiêu chuẩn hai dây này được gọi là I2C như sau;

• Tiêu thụ hiện tại cực thấp
• Khả năng chống ồn cao.
• Dải điện áp cung cấp rộng.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng.

Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi điện dung của cáp và do đó, sự lựa chọn và độ dài của cáp, mức dòng điện cao thoáng qua gần đó hoặc điện áp tốc độ cao, loại trình điều khiển kích hoạt loại đệm 50 ohm CMOS hoặc chấm dứt nguồn hiện tại và nhiều biến thể.

Thông số NXP cho biết không có vấn đề gì đối với tải 100kHz lên đến 100pF, thường có thể là 20pF / ft tùy thuộc vào trở kháng của cặp và sau đó chú thích để xử lý tối đa 100pF đến 400pF cho 100Kbps.

Nếu là tôi, tôi sẽ chọn cặp xoắn có trở kháng cao nhất (240 ~ 300 +) sau đó sử dụng dòng điện không đổi với bảo vệ chốt.

Trong mọi trường hợp, một kỹ sư thiết kế đường truyền kinh nghiệm phải thiết kế / kiểm tra ứng suất và xác minh tính toàn vẹn tín hiệu cho các liên kết đường ngắn này.

Phụ lục

Các sinh viên từ Stanford Engineering đã phát triển các cải tiến cho giao tiếp không gian, bao gồm Watch Dog Timers để tái sử dụng năng lượng và các cổng đập bit cho các tùy chọn khôi phục được ghép trên xe buýt.

Ý kiến

Tôi sẽ giải thích rằng các vấn đề chính không phải là sự toàn vẹn tín hiệu của Hồi giáo về tốc độ lỗi bit mà là sự thất bại nặng nề do các xung bức xạ gamma có thể gây ra hiện tượng bám trong các thiết bị CMOS in thạch bản lớn do cường độ trường V / um cao của năng lượng cao này xung. Phương pháp phục hồi của họ từ trải nghiệm của tôi đã được triển khai chính xác từ trải nghiệm của tôi với 25kV ESD trong Dự án IDA trong nhà thử nghiệm MTS đến đầu thập niên 80

Không hoàn toàn đúng

Dự án IDA là một liên doanh R & D của Winnipeg Interdiscom Inc. Tôi đã tham gia vào một mạng băng thông rộng ISDN tùy chỉnh với payTV, dữ liệu thời tiết đồ họa, thăm dò ý kiến, điện thoại kỹ thuật số, báo động linh hoạt / đọc trộm, đọc đồng hồ, bàn phím có dây cho dữ liệu nối tiếp tốc độ cao và 2 inch inch của ESD từ tĩnh ống chân không và ngón tay đến hộp hàng đầu của chúng tôi trong một mùa đông khô ráo !! Đó là SCADA DS1 quy mô lớn đầu tiên (1.544 Mbps) hai chiều qua RF đến 100 ngôi nhà trên thế giới đã được thử nghiệm và giao thành công. Tôi chịu trách nhiệm kiểm tra hệ thống, thiết kế và sản xuất các thiết bị kiểm tra BER khác nhau và theo dõi tình trạng mạng 2 chiều tổng thể] và nhóm của chúng tôi đã làm cho nó hoạt động. Tất cả 100 ngôi nhà này đều dùng chung 1 cáp đồng trục và 2 RF cho cấu trúc liên kết cây / bus TDM DS1.

Cuối cùng nó đã được bán cho một công ty sở hữu Science Atlanta, Intellivision và một vài công ty khác ở Philadelphia.


Tôi đoán rằng mục thứ 5 của bạn trong Cuộc đối đầu là lý do thực tế tại sao NASA đã đề xuất sử dụng I2C theo cách này. Sự lựa chọn này làm tăng sự nghi ngờ giữa những người còn lại, bởi vì chúng tôi không biết loại COTS nào với loại xe buýt liên lạc nào có sẵn hay không.
Nick Alexeev

@NickAlexeev Đã cung cấp cho Honeywell rất nhiều bo mạch chủ điện tử, họ là nhà cung cấp chính nhưng tác giả không phải chứng minh rằng có rất nhiều COTS RAD cứng lại nhưng giống như hầu hết mọi quyết định cuối cùng đều có giá dựa trên độ tin cậy phù hợp
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.