CC BY
52References
1. Inamori T., Kawashima R., Saisutjarit P., Sako N., and Ohsaki H. Magnetic plasma de-orbit (MPD) system using MTQs for nano-satellites. The 5th Nano-Satellite Symposium, Tokyo, 2013.
2. Inamori T., Kawashimal R., Saisutjarit P., Sako N., Funase R., Nakasuka S., Magnetic Plasma De-Orbit System for Nano- and Micro-Satellites using a Large Magnetic Torquer, 2015-d-63, The 27th International
Symposium on Space Technology and Science (ISTS), Kobe, Japan, 2015.
3. Inamori T., Kawashima R., Saisutjarit P., Sako N., Ohsaki H. Magnetic plasma de-orbit system for nano- and micro-satellites using magnetic torquer interference with space plasma in low Earth orbit", Acta Astronautica, Elsevier, Vol. 112, pp. 192-199, 2015.
© Такая Инамори, Рей Кавашима, Нобутада Сако, Пхонгсаторн Саисутярит, Синити Накасука, 2015
УДК 681.3:629.7
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ БКУ-СНК ДЛЯ СВЕРХМАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
В. Х. Ханов*, А. В. Шахматов, С. А. Чекмарёв, Т. В. Бородина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-таП: [email protected]
Представлена компьютерная модель бортового комплекса управления типа «система на кристалле» для сверхмалого космического аппарата. Модель основана на заимствованных компонентах, а также №-блоках собственной разработки. В отличие от архитектуры целевой системы, ее модель не включает только аналоговые модули.
Ключевые слова: сверхмалые космические аппараты, бортовой комплекс управления, системы на кристалле.
COMPUTER MODEL OF CONTROL AND DATA HANDLING FOR ON-CHIP SYSTEM
FOR ULTRA-SMALL SPACECRAFT
V. Kh. Khanov*, A. V. Shakhmatov, S. A. Chekmarev, T. V. Borodina
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The paper presents a computer model of SoCcontrol and data handling for ultra-small spacecraft. The model is based on borrowed components, and IP-blocks of own development. In contrast to the architecture of the target system, its model does not include only analogue modules.
Keywords: ultra-small spacecraft, control and data handling, system on chip.
Ранее в работе [1] представлена модель бортового комплекса управления (БКУ) для малых и сверхмалых космических аппаратов, разработанная на базе процессорного ядра LEON 3 [2] и других открытых IP-блоков.
В данной работе представлена новая модель БКУ типа «система на кристалле» (БКУ-СнК), которая в отличие от аналога имеет более высокую степень интеграции систем и устройств; основана на двух ПЛИС (цифровой и аналогово-цифровой), связанных сетью Space Wire [3]; использует IP-блоки собственной разработки.
Компьютерная модель БКУ-СнК реализована на языке VHDL [4] в виде тестового стенда (testbench), представленного на рисунке, в среде ModelSim. В её состав входят следующие открытые IP-ядра из библиотеки GRLIB [5]: процессор LEON3, AHB-контроллер, отладочный интерфейс DSU; контроллер памяти (memctrl); блок таймеров (grtimer); контроллер прерываний (IRQ controller); AHB/APB мост; интерфейсы ввода/вывода (SPWLight; I2Cmst; SPIctrl; UART; AHBUART); блоки памяти (RAM; PROM). Единственным заимствованным открытым блоком не из GRLIB является кодек SpaceWireLight [6].
Исследование проводилось при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с соглашением № 14.574.21.0041, уникальный идентификатор ММЕП57414Х0041.
Фешетневские чтения. 2015
Testbench для БКУ-СнК
Блоки собственной разработки модели внешних устройств
Архитектура компьютерной модели БКУ-СнК
Кроме указанных выше, модель включает IP-ядра собственной разработки: маршрутизатор SpaceWire; таймер RealTimeClock; загрузчик Boot ROM; инъек-тор сбоев Injector; блоки-модели внешних устройств (плата ориентации, плата полезной нагрузки, плата КИС). Модель является конфигурируемой, что даёт возможность изменять её состав в соответствии с задачами моделирования.
В основном все IP-блоки располагаются в цифровой ПЛИС A3PE3000. Устройства, располагаемые в аналого-цифровой ПЛИС AFS1000, - контроллер аналоговой системы сбора данных; контроллер СЭП; модель аналоговой системы сбора данных; модель коммутационно-распределительного устройства
СЭП - являются преимущественно аналоговыми, и поэтому не могут быть включены в модель БКУ-СнК.
Маршрутизирующий коммутатор SpaceWire предназначен для организации сетевого взаимодействия БКУ-СнК с другими устройствами. Блок BootRom -аппаратный загрузчик, который перед загрузкой операционной системы проводит опрос plug&play ин-
формации по шине AMBA с целью диагностирования доступности устройств, а также их инициализации. Блок RealTimeClock предназначен для хранения бортового времени. В его состав входят календарь, часы и будильник. Инъектор сбоев предназначен для моделирования одиночных сбоев в блоках памяти БКУ-СнК. Процессор LEON3 взаимодействует с другими блоками СнК посредством внутрикристальной шины AMBA 2.0. Шина AMBA реализована в виде высокопроизводительной AMBAAHB и периферийной AMBAAPB шин. Между собой они взаимодействуют через AHB/ APB мост.
Из рисунка следует, что компьютерная модель по составу устройств более чем на 85 % соответствует архитектуре БКУ-СнК.
Моделирование осуществлялось путем исполнения тестовых программ процессором LEON3. Тестовое ПО содержит свыше 100 тестов, которые обеспечивают покрытие всех элементарных функций БКУ-СнК. Проведенное тестирование подтвердило работоспособность компьютерной модели БКУ-СнК.
Библиографические ссылки
1. Моделирование бортового компьютера на базе открытых IP-блоков для малых и сверхмалых космических аппаратов / С. А. Чекмарёв, М. Ю. Вергазов, Ф. А. Лукин и др.// Вестник СибГАУ. 2011. № 2 (35). С. 141-145.
2. SPARC V8 32-bit Processor LEON3/ LEON3-FT Companion Core Data Sheet Template Design - Gaisler Research, 2010. 41 p.
3. ECSSE-ST-50-12CSpaceWire // Links, nodes, routers and networks, 2008. 129 p.
4. IEEE Standard 1076-1993. Standard VHDL Language Reference Manual (ANSI). 273 p.
5. GRLIB IP Library User's Manual Version 1.4.1 -b4156. May 2015. 92 p.
6. Joris van Rantwijk, Space Wire Light v20110709 [Электронный ресурс]. URL: http://opencores.org/ project,spacewire_light (дата обращения: 10.08.2015).
References
1. Chekmarev S. A., Vergasov M. Yu., Lukin F. A. Chakhmatov A. V., Khanov V. Kh. [Modelingboard computerbased on openIP-blocksfor small and microsatellites]. Vestnik SibGAU. 2011, no. 2, p. 141-145. (In Russ.)
2. SPARC V8 32-bit Processor LEON3/ LEON3-FT Companion Core Data Sheet Template Design - Gaisler Research, 2010. 41 p.
3. ECSSE-ST-50-12CSpaceWire - Links, nodes, routers and networks, 2008. 129 p.
4. IEEE Standard 1076-1993. Standard VHDL Language Reference Manual (ANSI). 273p.
5. GRLIB IP Library User's Manual Version 1.4.1 -b4156, May 2015. 92 p.
6. Joris van Rantwijk,SpaceWire Light v20110709 Available at: http://opencores.org/project,spacewire_light (accessed 10.08.2015).
© Ханов В. Х., Шахматов А. В., Чекмарёв С. А., Бородина Т. В., 2015
