SpaceVPX (VITA 78) e il mondo dell'interconnessione

Sep 17, 2023

Per decenni, le architetture dei sistemi aperti e gli standard aperti hanno contribuito ad accelerare l'innovazione per gli utenti finali nelle applicazioni aerospaziali e di difesa attraverso lo sviluppo di interfacce aperte, chiave e ben definite. Oggi, i progettisti e gli sviluppatori di sistemi spaziali stanno davvero adottando lo standard SpaceVPX (VITA 78), che sfrutta l'architettura OpenVPX (VITA 65.0) attraverso il profilo slot e gli elementi costitutivi a livello di profilo modulo, che creano soluzioni di interconnessione basate sulle esigenze dell'utente.

Esplora le nozioni di base di SpaceVPX con i progettisti dell'interconnessione VPX e SpaceVPX. Scopri l'origine dello standard, i vantaggi di SpaceVPX rispetto a OpenVPX, le recenti modifiche allo standard e l'importanza delle interconnessioni standard che riducono i costi, si traducono in una catena di fornitura più solida e mantengono un percorso per l'espansione futura.

SpaceVPX è uno standard per la creazione di schede plug-in (PIC) dal profilo slot e dai profili modulo (protocollo). A loro volta, questi elementi costitutivi creano sottosistemi e sistemi interconnessi. Sviluppato sotto gli auspici del Next Generation Space Interconnect Standard (NGSIS), è il risultato di una collaborazione tra governo e industria. L’obiettivo principale di SpaceVPX è rimuovere in modo economicamente vantaggioso la larghezza di banda come vincolo per i futuri sistemi spaziali.

SpaceVPX si basa sullo standard OpenVPX VITA (VMEbus International Trade Association) con miglioramenti che estendono lo standard per le applicazioni spaziali.

Il team NGSIS ha selezionato la famiglia di standard OpenVPX come base fisica per il nuovo standard SpaceVPX perché VPX supporta fattori di forma sia 3U che 6U con caratteristiche rinforzate e raffreddamento a conduzione adatte all'uso in ambienti estremi. L'infrastruttura di OpenVPX consente anche la prototipazione e il test di SpaceVPX sul campo.

SpaceVPX si basa su diversi standard, alcuni dei quali fanno parte della famiglia OpenVPX dell'American National Standards Institute (ANSI)/VITA e della European Cooperazione per la standardizzazione spaziale (ECSS):

OpenVPX è un insieme definito di implementazioni di sistema all'interno di VPX che specifica un insieme di architetture di sistema. OpenVPX organizza le connessioni in quattro principali piani di interconnessione: dati, controllo, utilità ed espansione.

Piano datiIl piano dati incorpora connessioni in tessuto multigigabit ad alta velocità tra i moduli per trasportare il carico utile e i dati della missione.

Piano di controlloIl piano di controllo, anch'esso una connessione Fabric, in genere ha una capacità inferiore e viene utilizzato per la configurazione, l'impostazione, la diagnostica e altre funzioni di controllo operativo all'interno del carico utile e per trasferimenti di dati a velocità inferiore.

Piano utilitarioIl piano di utilità fornisce l'impostazione e il controllo delle funzioni di base del modulo per il sequenziamento dell'alimentazione, la diagnostica di basso livello, gli orologi e altri segnali di base necessari per il funzionamento del sistema.

Piano di espansioneIl piano di espansione può essere utilizzato come connessione separata tra moduli che utilizzano interfacce simili o per collegare interfacce tradizionali in una topologia più limitata come un bus o un anello.

I pin non definiti come parte di nessuno di questi piani sono generalmente definiti dall'utente e sono disponibili per il passaggio da schede figlie o mezzanine o a moduli di transizione posteriori (RTM). Per il massimo riutilizzo dei moduli, i pin definiti dall'utente dovrebbero essere configurabili in modo da non interferire con i moduli che utilizzano gli stessi pin in modo diverso. Consultare ANSI/VITA 65.0 per maggiori dettagli.

Una valutazione di OpenVPX per quanto riguarda l'utilizzo dello spazio ha rivelato diverse carenze. Il limite principale era la mancanza di funzionalità disponibili per supportare una configurazione completa, con tolleranza al singolo errore e altamente affidabile. I segnali di utilità venivano trasmessi tramite bus e, nella maggior parte dei casi, supportavano solo un set di segnali tramite pin di segnale su un modulo. Di conseguenza, un sistema OpenVPX puro presenta la possibilità di molteplici fallimenti. Inoltre, con VITA 46.11 non è stato completamente definito un meccanismo di controllo di gestione completo.

Dal punto di vista del protocollo, SpaceWire è l'interfaccia dati e piano di controllo a media velocità dominante per la maggior parte dei veicoli spaziali, tuttavia i tipici piani di controllo OpenVPX sono PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) o Ethernet che non vengono generalmente utilizzati nelle applicazioni spaziali. (Nota: Gigabit Ethernet è stato aggiunto alla revisione 2022 dello standard SpaceVPX.)