SpaceVPX (VITA 78) e o mundo da interconexão

Sep 17, 2023

Por décadas, arquiteturas de sistemas abertos e padrões abertos ajudaram a acelerar a inovação para usuários finais em aplicações aeroespaciais e de defesa por meio do desenvolvimento de interfaces que são abertas, importantes e bem definidas. Hoje, os projetistas e desenvolvedores de sistemas espaciais estão realmente adotando o padrão SpaceVPX (VITA 78), que aproveita a arquitetura OpenVPX (VITA 65.0) por meio de seu perfil de slot e blocos de construção de nível de perfil de módulo, que criam soluções de interconexão com base na necessidade do usuário.

Explore os fundamentos do SpaceVPX com os designers da interconexão VPX e SpaceVPX. Aprenda sobre a origem do padrão, as vantagens do SpaceVPX vs. OpenVPX, mudanças recentes no padrão e a importância das interconexões padrão que reduzem custos, resultam em uma cadeia de suprimentos mais robusta e mantêm um caminho para expansão futura.

SpaceVPX é um padrão para criar placas plug-in (PICs) a partir de seu perfil de slot e perfis de módulo (protocolo). Por sua vez, esses blocos de construção criam subsistemas e sistemas interconectados. Desenvolvido sob os auspícios do Padrão de Interconexão Espacial de Próxima Geração (NGSIS), é o resultado de uma colaboração governo-indústria. O principal objetivo do SpaceVPX é remover a largura de banda de maneira econômica como uma restrição para futuros sistemas espaciais.

O SpaceVPX é baseado no padrão OpenVPX VITA (VMEbus International Trade Association) com aprimoramentos que estendem o padrão para aplicações espaciais.

A equipe NGSIS selecionou a família padrão OpenVPX como a linha de base física para o novo padrão SpaceVPX porque o VPX suporta fatores de forma 3U e 6U com recursos robustos e resfriados por condução adequados para uso em ambientes extremos. A infraestrutura do OpenVPX também permite a criação de protótipos e testes do SpaceVPX no solo.

O SpaceVPX é construído sobre vários padrões, alguns dos quais fazem parte da família OpenVPX do American National Standards Institute (ANSI)/VITA e da European Cooperation for Space Standardization (ECSS):

OpenVPX é um conjunto definido de implementações de sistema dentro do VPX que especifica um conjunto de arquiteturas de sistema. O OpenVPX organiza as conexões em quatro grandes planos de interconexão — dados, controle, utilidade e expansão.

Plano de DadosO plano de dados incorpora conexões de malha multigigabit de alta velocidade entre os módulos para transportar carga útil e dados de missão.

Plano de controleO plano de controle, também uma conexão de malha, geralmente tem menos capacidade e é usado para configuração, instalação, diagnóstico e outras funções de controle operacional dentro da carga útil e para transferências de dados em velocidade mais baixa.

avião utilitárioO plano utilitário fornece configuração e controle das funções básicas do módulo para sequenciamento de energia, diagnósticos de baixo nível, relógios e outros sinais básicos necessários para a operação do sistema.

plano de expansãoO plano de expansão pode ser usado como uma conexão separada entre módulos usando interfaces semelhantes ou para conectar interfaces herdadas em uma topologia mais limitada, como um barramento ou anel.

Os pinos não definidos como parte de qualquer um desses planos são normalmente definidos pelo usuário e estão disponíveis para passagem de placas filhas ou mezanino ou para módulos de transição traseira (RTM). Para reutilização máxima do módulo, os pinos definidos pelo usuário devem ser configuráveis ​​para não interferir em módulos que usam os mesmos pinos de maneira diferente. Consulte ANSI/VITA 65.0 para obter mais detalhes.

Uma avaliação do OpenVPX para uso de espaço revelou várias deficiências. A principal limitação era a falta de recursos disponíveis para oferecer suporte a uma configuração completa, tolerante a uma única falha e altamente confiável. Os sinais de utilidade eram barrados e, na maioria dos casos, suportavam apenas um conjunto de sinais por meio de pinos de sinal para um módulo. Como resultado, um sistema OpenVPX puro tem oportunidades para várias falhas. Além disso, um mecanismo de controle de gerenciamento completo não foi totalmente definido com VITA 46.11.

Do ponto de vista do protocolo, o SpaceWire é a interface de plano de controle e dados de velocidade média dominante para a maioria das espaçonaves, mas os planos de controle OpenVPX típicos são periféricos de interconexão de componentes expressos (PCIe) ou Ethernet, que geralmente não são usados ​​em aplicações espaciais. (Observação: Gigabit Ethernet foi adicionado à revisão 2022 do padrão SpaceVPX.)