SpaceVPX (VITA 78) и мир межсетевых соединений

Sep 17, 2023

На протяжении десятилетий архитектура открытых систем и открытые стандарты помогали ускорить внедрение инноваций для конечных пользователей в аэрокосмических и оборонных приложениях за счет разработки открытых, ключевых и четко определенных интерфейсов. Сегодня проектировщики и разработчики космических систем по-настоящему используют стандарт SpaceVPX (VITA 78), который использует архитектуру OpenVPX (VITA 65.0) через свои стандартные блоки профиля слота и профиля модуля, которые создают решения для межсетевого взаимодействия, основанные на потребностях пользователя.

Изучите основы SpaceVPX вместе с разработчиками межсоединений VPX и SpaceVPX. Узнайте о происхождении стандарта, преимуществах SpaceVPX по сравнению с OpenVPX, недавних изменениях в стандарте и важности стандартных межсоединений, которые снижают затраты, приводят к более надежной цепочке поставок и обеспечивают путь для будущего расширения.

SpaceVPX — это стандарт для создания сменных карт (PIC) на основе профиля слота и профилей модулей (протоколов). В свою очередь, эти строительные блоки создают взаимосвязанные подсистемы и системы. Разработанный под эгидой стандарта космического межсоединения следующего поколения (NGSIS), он является результатом сотрудничества правительства и промышленности. Основная цель SpaceVPX — экономично устранить пропускную способность как ограничение для будущих космических систем.

SpaceVPX основан на стандарте OpenVPX VITA (Международной торговой ассоциации VMEbus) с улучшениями, расширяющими стандарт для космических приложений.

Команда NGSIS выбрала семейство стандартов OpenVPX в качестве физической основы для нового стандарта SpaceVPX, поскольку VPX поддерживает форм-факторы 3U и 6U с функциями повышенной прочности и кондуктивным охлаждением, подходящими для использования в экстремальных условиях. Инфраструктура OpenVPX также позволяет создавать прототипы и тестировать SpaceVPX на местах.

SpaceVPX построен на нескольких стандартах, некоторые из которых являются частью семейства OpenVPX Американского национального института стандартов (ANSI)/VITA и Европейского сотрудничества по космической стандартизации (ECSS):

OpenVPX — это определенный набор системных реализаций в VPX, который определяет набор системных архитектур. OpenVPX организует соединения в четырех основных плоскостях соединения — данные, управление, утилиты и расширение.

Плоскость данныхПлоскость данных включает в себя высокоскоростные мультигигабитные межсетевые соединения между модулями для передачи полезной нагрузки и данных миссии.

Плоскость управленияПлоскость управления, также являющаяся межсетевым соединением, обычно имеет меньшую пропускную способность и используется для конфигурации, настройки, диагностики и других функций оперативного управления внутри полезной нагрузки, а также для передачи данных с более низкой скоростью.

Вспомогательный самолетСлужебная плоскость обеспечивает настройку и управление основными функциями модуля для управления последовательностью питания, низкоуровневой диагностики, тактовых импульсов и других базовых сигналов, необходимых для работы системы.

Плоскость расширенияПлоскость расширения может использоваться как отдельное соединение между модулями, использующими аналогичные интерфейсы, или для соединения устаревших интерфейсов в более ограниченной топологии, например шине или кольце.

Выводы, не определенные как часть какой-либо из этих плоскостей, обычно определяются пользователем и доступны для сквозной передачи с дочерних или мезонинных плат или на задние переходные модули (RTM). Для максимального повторного использования модулей определяемые пользователем контакты должны быть настраиваемыми, чтобы не мешать модулям, которые используют одни и те же контакты по-другому. Для получения более подробной информации обратитесь к ANSI/VITA 65.0.

Оценка использования пространства OpenVPX выявила несколько недостатков. Ключевым ограничением было отсутствие функций, доступных для поддержки полной, устойчивой к единичным сбоям и высоконадежной конфигурации. Сигналы утилит подавали по шине и в большинстве случаев поддерживали только один набор сигналов через сигнальные контакты модуля. В результате в чистой системе OpenVPX возможны многочисленные сбои. Кроме того, в VITA 46.11 не был полностью определен полный механизм управления и контроля.

С точки зрения протокола SpaceWire является доминирующим среднескоростным интерфейсом плоскости передачи данных и управления для большинства космических аппаратов, однако типичными плоскостями управления OpenVPX являются экспресс-соединения периферийных компонентов (PCIe) или Ethernet, которые обычно не используются в космических приложениях. (Примечание: Gigabit Ethernet был добавлен в версию стандарта SpaceVPX 2022 года.)