การใช้ I2C ที่ซ้ำซ้อนใน avionics ยานอวกาศ


10

ฉันเพิ่งอ่านรายงานเกี่ยวกับโครงการพัฒนา avionics JPL x2000 ซึ่งพัฒนาแพลตฟอร์ม avionics แบบแยกส่วนโดยใช้ silicon เชิงพาณิชย์เพื่อลดต้นทุนและพลังงาน พวกเขาเลือกใช้สถาปัตยกรรมของสองโปรโตคอลที่ซ้ำซ้อนซึ่งเชื่อมโยงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดในยานอวกาศ ความเร็วสูง 1394 บัสใช้สำหรับข้อมูลขนาดใหญ่ในขณะที่บัส I2C (ที่ 100khz) ใช้สำหรับควบคุมแบนด์วิดท์ต่ำ นี่คือการกำหนดค่าเป็นรถบัสหลายหลักที่ทุกโหนดสามารถสื่อสารกับแต่ละอื่น ๆ

ฉันไม่ได้ใช้ I2C มากกว่าเซ็นเซอร์เดียว แต่จากสิ่งที่ฉันเข้าใจมีข้อ จำกัด เกี่ยวกับระยะทางที่ร้ายแรง ฉันอยู่ในยานอวกาศอาจมีชุดสายไฟยาวมาก

นอกจากจะมีสองบัส I2C ซ้ำซ้อนอุปกรณ์แต่ละคนมี ASIC ที่กำหนดเองที่ให้แยกระหว่างรถบัสและชิปหลักภาพที่นี่และที่นี่ ชิพนี้อาจให้การปรับสภาพบางอย่างเช่นกัน?

ทุกคนสามารถอธิบายได้หรือไม่ว่าทำไมพวกเขาถึงเลือกใช้โปรโตคอลที่ออกแบบมาเพื่อการสื่อสารภายในหนึ่ง PCB สำหรับการสื่อสารภายในยานพาหนะขนาดใหญ่

ฉันรู้ว่าอาจไม่ใช่คำตอบที่แน่นอน แต่ฉันสนใจที่จะฟังเกี่ยวกับปัจจัยที่เป็นตัวเลือกประเภทนั้น


3
เช่นเดียวกับคุณฉันประหลาดใจกับตัวเลือกนี้ ผมเคยมีช่วงเวลาที่ยากกับรถเมล์ I2C ยาวตัวเอง: บันทึกความทรงจำของบัส I2C รก
Nick Alexeev

4
ทุกอย่างเกี่ยวกับการโหลดแบบ capacitive และความเร็วสัญญาณนาฬิกา มีหลายวิธีในการขยายช่วงของ I2C ต่อไปนี้เป็นโน้ตของแอปหนึ่งที่อาจช่วยคุณได้: maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/6208 ความพยายามของ Nasa ลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป็น 100kHz และฉัน เคยเห็นการใช้งานสายยาวที่ประสบความสำเร็จต่ำเพียง 10kHz ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาต่ำคือการรักษาความเข้ากันได้ของ SMBUS หากจำเป็น สิ่งนี้อาจช่วยได้: nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf
Jack Creasey

2
@Bruce จากประสบการณ์ของฉันความยาวที่สำคัญสำหรับบัส I2C เริ่มที่พูด 1 เมตร นี่คือจุดที่ความจุบัสและการรับสัญญาณรบกวนสามารถกลายเป็นปัญหาได้ ความจุและการรบกวนสามารถลดลงได้ด้วยบัฟเฟอร์และระบบป้องกันแน่นอน เมื่อถึงเวลาหนึ่งที่จะต้องพิจารณาการบรรเทาหลาย ๆ อย่างหนึ่งก็เริ่มสงสัยว่า "ทำไมเราถึงยืด I2C เกินกว่าที่จะใช้งานได้? ทำไมเราไม่ใช้บัสสื่อสารที่มีไว้สำหรับช่วงของเรา"
Nick Alexeev

2
electronics.stackexchange.com/questions/106265/ … "ที่ 100 kHz พร้อมโพรโทคอลการกู้คืนข้อผิดพลาดที่ดีสามารถเข้าถึง 25m โดยใช้สายพื้นฐานได้อย่างง่ายดายเราสามารถเข้าถึง 100m ครั้งเดียวด้วยสาย CAT5"
Bruce Abbott

2
ฉันทำงานเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์การบินและอวกาศ (ส่วนใหญ่เค้าโครง PCB) ฉันประหลาดใจที่เลือก I2C เหนือ RS-485 ซึ่งมีทั้งการปฏิเสธเสียงรบกวนที่ดีขึ้นและการสนับสนุนแบบใช้สายยาว ฉันคิดว่าแง่มุมของผู้สอนหลายคนนั้นสำคัญกว่าการพิจารณา 485 ไม่ต้องการส่วนประกอบอื่น ๆ เพิ่มเติม I2C เป็น PITA ที่ยอดเยี่ยม แต่คุณจะไม่จับฉันบนจรวดอวกาศที่ใช้ I2C เพื่อเรียกใช้เครื่องชงกาแฟสิ่งเดียวที่สำคัญ :)
Wossname

คำตอบ:


1

ใช่มีข้อจำกัดความยาวกับ I2C แต่ฉันคิดว่าสิ่งที่พวกเขาอาจตั้งใจทำคือการสื่อสารกับไอซีอื่น ๆ บนบอร์ดหรือบอร์ดเดียวกันที่อยู่ในระบบย่อยเดียวกันแทนที่จะคิดถึงการสื่อสารกับเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งรอบยานอวกาศและยานอวกาศอื่น ๆ ระบบที่เกี่ยวข้อง ไอซีส่วนใหญ่ในวันนี้จะรวม I2C ในขณะที่อัตราข้อมูลและระยะทางสามารถมองเห็นเป็นข้อ จำกัด สำหรับการสื่อสารออนบอร์ดกับไอซีอื่น ๆ มันให้วิธีการถ่ายโอนและควบคุมข้อมูลที่เชื่อถือได้อย่างมาก ไอซีซีเช่นฟังก์ชั่นการจัดการพลังงาน (PMIC), เซ็นเซอร์อุณหภูมิออนบอร์ด, เครื่องวัดความเร่งที่ใช้ MEMS และไจโร, เพื่อชื่อเพียงไม่กี่, I2C เป็นคู่แข่งที่ทำงานได้


ตอนแรกฉันมีความคิดเหมือนกัน แต่จากนั้นฉันก็ดูอย่างละเอียดมากขึ้นที่แผนภาพบล็อกในหน้า 5 หนึ่งในรถบัส I2C [มีมากกว่าหนึ่งบนบล็อกไดอะแกรม] กำลังทำงานคู่ขนานกับรถบัส 1394
Nick Alexeev

พวกเขามีความซ้ำซ้อน @NickAlexeev
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

-1
  • มันไม่ได้ออกแบบมาเพื่อจุดปลาย PCB หนึ่งจุด แต่ค่อนข้างจะมีหลายจุดหลายจุดบนลิงก์ขนาดสั้นสุด 400pF ซึ่งอาจสูงถึง 15m โดยไม่มีบัฟเฟอร์หรือตัวทำซ้ำโดยใช้สวิตช์
  • I2C จะเป็นเซ็นเซอร์แบนด์วิดท์ต่ำระยะสั้น (ไม่กี่เมตร) และลิงค์ความเร็วสูง IEEE 1394 สำหรับการสื่อสารทางไกล

การปรับปรุงจากรายงาน **

  • รถโดยสารประจำทางทั้งสองนี้เป็นผู้เชี่ยวชาญหลายคนดังนั้นจึงรองรับสถาปัตยกรรมที่ปรับขนาดได้และกระจายได้
  • มีการเพิ่มชั้นของโปรโตคอลในบัส I2C โพรโทคอลนี้รวมถึงการนับไบต์หลังที่อยู่และ CRC สองไบต์หลังจากข้อมูล การออกแบบ X2000 ยังใช้คำสั่งข้อความฮาร์ดแวร์เฉพาะเพื่อควบคุมฟังก์ชั่นที่สำคัญ สำหรับข้อความเหล่านี้คำสั่งจะถูกส่งตามด้วยคำสั่งเพื่อเสริมการปกป้องอีกชั้นหนึ่ง

  • ภายใต้เงื่อนไขความล้มเหลวที่รุนแรงเช่นไฟดับของบัสชุดบัส COTS ทั้งสองชุดอาจล้มเหลวเช่นการสื่อสารระหว่างโหนดทั้งหมดจะหายไป ในการสร้างการสื่อสารอีกครั้งแต่ละโหนดสามารถดำเนินการตามขั้นตอนการกู้คืนแบบกระจายซึ่งประกอบด้วยลำดับของกิจกรรมเปิด / ปิดการใช้งานลิงก์

  • เนื่องจากสาเหตุของความล้มเหลวรุนแรงอาจไม่อยู่ในระบบ avionics จึงไม่รับประกันว่ากระบวนการกู้คืนแบบกระจายจะประสบความสำเร็จ ดังนั้นวิธีการนี้เป็นเพียงการไล่ล่าครั้งสุดท้ายเพื่อช่วยยานอวกาศ

ความคิดเห็น

  • จุดสุดท้ายหมายถึงไดรเวอร์บัสและสายเคเบิล ฉันไม่แปลกใจเลยที่ผู้เขียนไม่ได้กล่าวถึงหัวข้อใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ“ ความสมบูรณ์ของสัญญาณ” เช่นพื้นที่และระบบแผ่กระจายตัวเลือกแซนด์อีเอ็มไอของสายเคเบิลหรือ BER เทียบกับระดับภูมิคุ้มกัน
  • ฉันคิดว่ารายงานมีข้อบกพร่องเนื่องจากการปราบปรามข้อมูลเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของสัญญาณและอัตราความผิดพลาดนี้
  • รายงานทั้งหมดกล่าวถึงคือเลเยอร์ดิจิตอลด้านบนเลเยอร์ทางกายภาพ 1 ของ OSI 7 เลเยอร์
  • อย่างไรก็ตามมันไม่ได้หมายความว่าพวกเขาไม่มีผู้เชี่ยวชาญหรือข้อมูลอะนาล็อกมันก็ไม่ได้รายงานเพียงแค่นั้น
  • พวกเขาเลือก I2C ตามต้นทุนความพร้อมใช้งานของ RAD COTS ที่ชุบแข็งและพลังงานต่ำดังนั้นหากพวกเขาจัดการปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณได้ดีพวกเขาจะไม่ต้องพึ่งพาการออกแบบการตรวจจับข้อผิดพลาด / แก้ไข / การกู้คืนที่มีประสิทธิภาพ
  • มีวิธีการเลิกจ้างที่ไม่ตรงกันซึ่งไดรเวอร์ตัวเก็บรวบรวมแบบเปิดสามารถใช้เพื่อเพิ่มระยะขอบสัญญาณเช่นการดึงแหล่งสัญญาณปัจจุบันแทนการดึง R แบบพาสซีฟ

เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย

นี่เป็นพื้นที่ที่ฉันสนับสนุน Burroughs ในช่วงกลางทศวรรษที่ 80 ในการปรับปรุงมาตรฐานการออกแบบขององค์กรสำหรับวิธีการทดสอบ EMC และข้อกำหนดสำหรับระดับการยอมรับของภูมิคุ้มกันต่อเสียงที่ถูกกระทำ, ESD ที่แผ่ออกมา, คลื่นวิทยุระเบิดที่แผ่ออกมา ถึง x GHz ที่แผ่คลื่นสนามที่ความเข้มสนามสูงมากโดยใช้ขดลวดแม่เหล็กพร้อมแอมพลิฟายเออร์ขนาด 1kW และเสาอากาศทรงแบนสองขั้วพร้อมข้อเสนอแนะสำหรับ opto สำหรับการตอบสนองแบนเซอร์โว E-field เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาด 0 บิตใน 10 ^ 10 บิต

NXP กำหนดคุณสมบัติของมาตรฐานสายไฟสองเส้นนี้เรียกว่า I2C ดังนี้

•การบริโภคในปัจจุบันต่ำมาก
•ภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนสูง
•ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้าง
•ช่วงอุณหภูมิกว้าง

อย่างไรก็ตามมันถูก จำกัด โดยความจุของสายเคเบิลและตัวเลือกและความยาวของสายเคเบิล, ระดับของกระแสสูงชั่วคราวหรือแรงดันไฟฟ้าอัตราการฆ่าสูง, ประเภทของคนขับที่ใช้งานประเภทบัฟเฟอร์ CMOS 50 โอห์ม CMOS หรือการสิ้นสุดของแหล่งกำเนิดในปัจจุบัน

ข้อมูลจำเพาะของ NXP บอกว่าไม่มีปัญหาสำหรับ 100kHz ถึง 100pF โหลดซึ่งโดยทั่วไปอาจ 20pF / ft ขึ้นอยู่กับความต้านทานของคู่และเชิงอรรถสำหรับการจัดการสูงสุด 100pF ถึง 400pF สูงสุดสำหรับ 100Kbps

ถ้าเป็นฉันฉันจะเลือกคู่ที่มีความต้านทานสูงที่สุด (240 ~ 300 +) จากนั้นใช้อ่างล้างจานกระแสคงที่พร้อมระบบป้องกัน latchup

ไม่ว่าในกรณีใดวิศวกรออกแบบสายส่งประสบการณ์ต้องออกแบบ / ทดสอบความเค้นและตรวจสอบความสมบูรณ์ของสัญญาณสำหรับลิงค์ระยะสั้นเหล่านี้

ภาคผนวก

นักเรียนจาก Stanford Engineering ได้พัฒนาการปรับปรุงสำหรับการสื่อสารในอวกาศซึ่งรวมถึง Watch Dog Timers สำหรับการปั่นจักรยานแบบใหม่และพอร์ตการกระแทกบิตสำหรับตัวเลือกการกู้คืนแบบมัลติเพล็กซ์บนรถบัส

ความคิดเห็น

ฉันจะตีความว่าประเด็นหลักไม่ใช่ "ความสมบูรณ์ของสัญญาณ" ในอัตราความผิดพลาดบิต แต่ความล้มเหลวอย่างหนักเนื่องจากแรงกระตุ้นการแผ่รังสีแกมมาที่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการ latch-up ในอุปกรณ์ lithographic CMOS ขนาดใหญ่เนื่องจากความหนาแน่นฟิลด์ V / um สูงของพลังงานสูงเหล่านี้ พัลส์ วิธีการกู้คืนของพวกเขาจากประสบการณ์ของฉันถูกนำมาใช้อย่างถูกต้องจากประสบการณ์ของฉันกับ 25kV ESD ใน Project IDA ใน MTS test home เป็น 80 ต้น ๆ

เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย

โครงการไอด้าเป็น บริษัท ร่วมทุนวินนิเพก Interdiscom อิงค์ R & D ผมมีส่วนร่วมในการกำหนดเอง ISDN บรอดแบนด์ WAN กับ payTV กราฟิกสภาพอากาศข้อมูลการสำรวจความคิดเห็นโทรศัพท์ดิจิตอลเฟอร์ / เตือนภัยขโมย, การอ่านมิเตอร์แป้นพิมพ์แบบใช้สายข้อมูลแบบอนุกรมความเร็วสูงและ2 นิ้วโค้งของ ESD จากหลอดสุญญากาศทีวีแบบคงที่และนิ้วมือไปยังกล่องรับสัญญาณของเราในฤดูหนาวที่แห้ง !! มันเป็น SCADA DS1 ขนาดใหญ่อันดับหนึ่ง (1.544 Mbps) สองทางผ่าน RF ถึง 100 บ้านในโลกที่ประสบความสำเร็จในการทดสอบและส่งมอบ ฉันเป็นผู้รับผิดชอบในการทดสอบระบบและออกแบบและผลิตอุปกรณ์ทดสอบ BER ต่างๆรวมถึงการตรวจสอบสถานะเครือข่าย 2 ทางโดยรวม] และทีมของเราทำงานได้ บ้านทั้ง 100 หลังเหล่านี้แบ่งปันสายเคเบิลโคแอกเซียล 1 เส้นและ RF 2 อันสำหรับโครงสร้างต้นไม้ / รถบัส TDM DS1

ในที่สุดมันก็ถูกขายให้กับ บริษัท ที่เป็นเจ้าของ Scientific Atlanta, Intellivision และอีกไม่กี่แห่งในฟิลาเดลเฟีย


ฉันเดาว่ารายการที่ 5 ของคุณใน Oppinion เป็นเหตุผลจริงที่นาซ่าเสนอให้ใช้ I2C ด้วยวิธีนี้ ตัวเลือกนี้ทำให้เกิดข้อสงสัยในหมู่พวกเราที่เหลือเพราะเราไม่รู้ว่า COTS ประเภทใดที่มีรถบัสสื่อสารประเภทใดให้บริการหรือไม่
Nick Alexeev

@NickAlexeev จากการจัดหา Honeywell ให้กับเมนบอร์ด avionics จำนวนมากพวกเขาเป็นซัพพลายเออร์รายใหญ่ แต่ผู้เขียนไม่ต้องพิสูจน์ว่า COTS RAD มีอยู่มากมาย แต่การตัดสินใจเรื่องส่วนใหญ่จบลงด้วยความน่าเชื่อถือ
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.