eng
Выпуск #9/2018
Тарабаров Павел Анатольевич, Еремеев Петр Михайлович, Гришин Вячеслав Юрьевич
Унифицированная управляющая вычислительная система космического назначения
Унифицированная управляющая вычислительная система космического назначения
Просмотры: 1680
Рассматривается унифицированная управляющая вычислительная система, предназначенная для работы в составе бортовых комплексов управления перспективных космических аппаратов. Вычислительная система спроектирована на базе стандарта SpaceVPX, обладает функциями автоматической реконфигурации и программно-аппаратной поддержкой взаимного информационного согласования.
УДК 004.31
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.198.199
УДК 004.31
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.198.199
Теги: automatic reconfiguration mutual agreement spacevpx spacevpx standard spacewire unified control computer system автоматическая реконфигурация взаимное информационное согласование унифицированная управляющая вычислительная система
Быстрый темп освоения космического пространства, усложнение решаемых задач, требования сокращения сроков разработки систем привели к необходимости унификации бортовой аппаратуры и, как следствие, адаптации стандартизованных технологий для космической отрасли.
Унификация бортовой аппаратуры должна выполняться комплексно и затрагивать в первую очередь такие направления, как интерфейсы передачи информации, конструкции, программное обеспечение.
Для реализации унифицированной аппаратуры необходимы стандартизованные решения по каждому направлению унификации, а также комплексный стандарт, описывающий базовую архитектуру, информационное взаимодействие, а также конструкционные решения.
Таким комплексным стандартом является новый открытый стандарт построения космических систем Space VPX (VITA 78) [1].
Стандарт Space VPX регламентирует:
набор функций модулей в системе;
структуры связей между модулями внутри системы;
набор интерфейсов взаимодействия модулей внутри системы и с внешними абонентами;
унифицированный конструктив с двумя типоразмерами модулей 6U и 3U, а также тип соединителей для стыковки модулей с кросс-платой;
профили модулей и слотов кросс-платы в соответствии с выполняемыми модулями функциями.
В рамках работ, проводимых Роскосмосом, в АО «НИИ «Субмикрон» разрабатывается унифицированная сбое- и отказоустойчивая вычислительная система бортовых комплексов управления на базе стандарта SpaceVPX для перспективных КА. Вычислительная система представляет собой набор унифицированных модулей различного функционального назначения, объединенных кросс-платой. Используется крейтовый конструктив «Евромеханика 6U» c кондуктивным теплоотводом. В состав базовой вычислительной системы входят следующие типы модулей: вычислительный модуль (ВМ), коммутатор, интерфейсные модули, вторичный источник питания (ВИП), кросс-плата. Допускается расширение системы добавлением в ее состав дополнительных модулей. Базовым интерфейсом взаимодействия определен интерфейс SpaceWire, все унифицированные модули объединены коммутируемой сетью SpaceWire на базе топологии «двойная звезда» [2].
При этом стандарт SpaceVPX не регламентирует такие важные базовые функции сбое- и отказоустойчивых бортовых вычислителей, как автоматическая реконфигурация, а также поддержка процедур взаимного информационного согласования (ВИС).
Для решения проблемы автоматической реконфигурации в АО «НИИ «Субмикрон» разработан специализированный контроллер управления конфигурацией (КУК), интегрированный во все функциональные модули, с помощью которого можно управлять питанием и перезапуском модулей. Данный контроллер подключен к магистрали межмашинного обмена для обеспечения доступа со стороны ВМ. КУК реализован на базе базового матричного кристалла серии 5529.
Функция взаимного информационного согласования обеспечивается программно-аппаратными ресурсами в составе вычислительной системы. Алгоритмы ВИС предъявляют определенные требования к аппаратуре, такие как уровень избыточности (необходимого количества ВМ в системе — n), наличие специализированных контроллеров и каналов межмашинного обмена. Дополнительные требования предъявляются также и к программному обеспечению: в его составе должны быть специализированные функции обеспечения сбое- и отказоустойчивости. При использовании для ВИС межмашинных каналов связи типа «точка-точка» необходимое количество ВМ, работающих в «горячем» резерве, должно быть не менее n = 3m + 1; при использовании межмашинных каналов шинной архитектуры достаточно иметь минимум n = 2m + 1 ВМ, где m — допустимое количество отказавших ВМ [3].
В вычислительной системе АО «НИИ «Субмикрон» между модулями ВМ реализованы два вида межсоединений, что позволяет получить высокие скорости обмена, характерные для каналов «точка-точка», а также уровень избыточности n = 2m + 1. При этом три ВМ работают в «горячем» резерве и один ВМ находится в «холодном» резерве. Это позволяет вычислительной системе синхронно и согласованно обнаруживать и парировать возникающие сбои и неисправности.
Функции межмашинного обмена с каналами Space-wire типа «точка-точка» и с магистралью шинной архитектуры выполняет контроллер межмашинного обмена (КМО), обеспечивающий процедуры командно-информационного обмена между модулями системы.
Все функциональные модули системы объединены магистралью межмашинного обмена, к которой подключены КМО и КУК. Магистраль межмашинного обмена шинной архитектуры позволяет организовать обмен командами управления и данными между модулями системы. При этом обеспечивается идентичность данных передатчика и всех приемников магистрали. Отключение передатчика в одном или нескольких каналах резервирования не влияет на функционирование остальных контроллеров на межмашинной магистрали.
ВМ дополнительно объединены по полносвязной топологии каналами SpaceWire для высокоскоростного обмена массивами информации. Так как каналы «точка-точка» не могут аппаратно гарантировать идентичность информации, передаваемой различным ВМ, то для подтверждения правильности информации должны использоваться контрольные суммы, передаваемые отдельно по межмашинной магистрали.
ЛИТЕРАТУРА
1. Approved ANSI Standard ANSI/VITA 78.00-2015 SpaceVPX System.
2. Построение отказоустойчивой бортовой ЦВМ на основе технологии SpaceWire и отечественной ЭКБ для перспективных КА. Микроэлектроника-2015, Сб. тезисов. — М.: Техносфера, 2015. — С. 99–100.
3. Pease M., Shostak R., Lamport L. Reaching Agreement in the Presence of Faults // J. Ass. Comput. Mach. 1980. Vol. 27. № 2, pp. 228–237.
Унификация бортовой аппаратуры должна выполняться комплексно и затрагивать в первую очередь такие направления, как интерфейсы передачи информации, конструкции, программное обеспечение.
Для реализации унифицированной аппаратуры необходимы стандартизованные решения по каждому направлению унификации, а также комплексный стандарт, описывающий базовую архитектуру, информационное взаимодействие, а также конструкционные решения.
Таким комплексным стандартом является новый открытый стандарт построения космических систем Space VPX (VITA 78) [1].
Стандарт Space VPX регламентирует:
набор функций модулей в системе;
структуры связей между модулями внутри системы;
набор интерфейсов взаимодействия модулей внутри системы и с внешними абонентами;
унифицированный конструктив с двумя типоразмерами модулей 6U и 3U, а также тип соединителей для стыковки модулей с кросс-платой;
профили модулей и слотов кросс-платы в соответствии с выполняемыми модулями функциями.
В рамках работ, проводимых Роскосмосом, в АО «НИИ «Субмикрон» разрабатывается унифицированная сбое- и отказоустойчивая вычислительная система бортовых комплексов управления на базе стандарта SpaceVPX для перспективных КА. Вычислительная система представляет собой набор унифицированных модулей различного функционального назначения, объединенных кросс-платой. Используется крейтовый конструктив «Евромеханика 6U» c кондуктивным теплоотводом. В состав базовой вычислительной системы входят следующие типы модулей: вычислительный модуль (ВМ), коммутатор, интерфейсные модули, вторичный источник питания (ВИП), кросс-плата. Допускается расширение системы добавлением в ее состав дополнительных модулей. Базовым интерфейсом взаимодействия определен интерфейс SpaceWire, все унифицированные модули объединены коммутируемой сетью SpaceWire на базе топологии «двойная звезда» [2].
При этом стандарт SpaceVPX не регламентирует такие важные базовые функции сбое- и отказоустойчивых бортовых вычислителей, как автоматическая реконфигурация, а также поддержка процедур взаимного информационного согласования (ВИС).
Для решения проблемы автоматической реконфигурации в АО «НИИ «Субмикрон» разработан специализированный контроллер управления конфигурацией (КУК), интегрированный во все функциональные модули, с помощью которого можно управлять питанием и перезапуском модулей. Данный контроллер подключен к магистрали межмашинного обмена для обеспечения доступа со стороны ВМ. КУК реализован на базе базового матричного кристалла серии 5529.
Функция взаимного информационного согласования обеспечивается программно-аппаратными ресурсами в составе вычислительной системы. Алгоритмы ВИС предъявляют определенные требования к аппаратуре, такие как уровень избыточности (необходимого количества ВМ в системе — n), наличие специализированных контроллеров и каналов межмашинного обмена. Дополнительные требования предъявляются также и к программному обеспечению: в его составе должны быть специализированные функции обеспечения сбое- и отказоустойчивости. При использовании для ВИС межмашинных каналов связи типа «точка-точка» необходимое количество ВМ, работающих в «горячем» резерве, должно быть не менее n = 3m + 1; при использовании межмашинных каналов шинной архитектуры достаточно иметь минимум n = 2m + 1 ВМ, где m — допустимое количество отказавших ВМ [3].
В вычислительной системе АО «НИИ «Субмикрон» между модулями ВМ реализованы два вида межсоединений, что позволяет получить высокие скорости обмена, характерные для каналов «точка-точка», а также уровень избыточности n = 2m + 1. При этом три ВМ работают в «горячем» резерве и один ВМ находится в «холодном» резерве. Это позволяет вычислительной системе синхронно и согласованно обнаруживать и парировать возникающие сбои и неисправности.
Функции межмашинного обмена с каналами Space-wire типа «точка-точка» и с магистралью шинной архитектуры выполняет контроллер межмашинного обмена (КМО), обеспечивающий процедуры командно-информационного обмена между модулями системы.
Все функциональные модули системы объединены магистралью межмашинного обмена, к которой подключены КМО и КУК. Магистраль межмашинного обмена шинной архитектуры позволяет организовать обмен командами управления и данными между модулями системы. При этом обеспечивается идентичность данных передатчика и всех приемников магистрали. Отключение передатчика в одном или нескольких каналах резервирования не влияет на функционирование остальных контроллеров на межмашинной магистрали.
ВМ дополнительно объединены по полносвязной топологии каналами SpaceWire для высокоскоростного обмена массивами информации. Так как каналы «точка-точка» не могут аппаратно гарантировать идентичность информации, передаваемой различным ВМ, то для подтверждения правильности информации должны использоваться контрольные суммы, передаваемые отдельно по межмашинной магистрали.
ЛИТЕРАТУРА
1. Approved ANSI Standard ANSI/VITA 78.00-2015 SpaceVPX System.
2. Построение отказоустойчивой бортовой ЦВМ на основе технологии SpaceWire и отечественной ЭКБ для перспективных КА. Микроэлектроника-2015, Сб. тезисов. — М.: Техносфера, 2015. — С. 99–100.
3. Pease M., Shostak R., Lamport L. Reaching Agreement in the Presence of Faults // J. Ass. Comput. Mach. 1980. Vol. 27. № 2, pp. 228–237.
Отзывы читателей
