Die Verwendung von redundantem I2C in der Avionik von Raumfahrzeugen

Ja, es gibt eine Längenbeschränkung bei I2C, aber ich denke, sie beabsichtigen dies möglicherweise mit anderen ICs auf derselben Platine oder Platinen, die sich innerhalb desselben Subsystems befinden, anstatt über die Kommunikation mit Sensoren nachzudenken, die um das Raumfahrzeug und andere Raumfahrzeuge herum eingesetzt sind verwandte Systeme. Die meisten ICs werden heute I2C enthalten, während Datenraten und Entfernung als Einschränkungen angesehen werden können, für die Onboard-Kommunikation mit anderen ICs ergibt sich eine äußerst zuverlässige Methode der Datenübertragung und -steuerung. ICs wie Power-Management-Funktionen (PMIC), Onboard-Temperatursensoren, MEMS-basierte Beschleunigungsmesser und Gyroskope, um nur einige zu nennen, I2C ist ein brauchbarer Konkurrent.

• Es wurde nicht für einen PCB-Endpunkt entwickelt, sondern für viele Multidrop-Punkte über eine kurze Verbindung mit maximal 400 pF. Das kann bis zu 15 m ohne Puffer oder Repeater mit Switches sein.
• Der I2C wäre für Kurzstreckensensoren mit geringer Bandbreite (wenige m) und die IEEE 1394-Hochgeschwindigkeitsverbindung für die Kommunikation über größere Entfernungen

Verbesserungen aus dem Bericht**

• Beide Busse sind Multi-Master und unterstützen daher symmetrisch skalierbare und verteilte Architekturen.

• Dem I2C-Bus wird eine Protokollschicht hinzugefügt. Dieses Protokoll enthält eine Byte-Zählung nach der Adresse und zwei CRC-Bytes nach den Daten. Das X2000-Design verwendet auch spezielle Hardwarenachrichtenbefehle, um kritische Funktionen zu steuern. Für diese Nachrichten wird ein Befehl gefolgt von seinem Komplement gesendet, um eine weitere Schutzebene bereitzustellen.

• Unter katastrophalen Ausfallbedingungen wie einem Busstromausfall können beide COTS-Bussätze ausfallen, so dass alle Kommunikationen zwischen den Knoten verloren gehen. Um die Kommunikation wiederherzustellen, kann jeder Knoten eine verteilte Wiederherstellungsprozedur ausführen, die aus einer Folge von Verbindungsaktivierungs-/-deaktivierungsaktivitäten besteht.

• Da die Ursache des katastrophalen Ausfalls möglicherweise nicht im Avioniksystem liegt, gibt es keine Garantie dafür, dass das verteilte Wiederherstellungsverfahren erfolgreich sein wird. Daher ist dieser Ansatz nur der letzte Ausweg, um das Raumschiff zu retten.

Meinung

• Der letzte Punkt bedeutet Bustreiber und Kabel. Ich bin nicht überrascht, dass der Autor keine Themen im Zusammenhang mit „Signalintegrität“ erwähnt hat, wie z.
• Ich denke, der Bericht ist aufgrund dieser Unterdrückung von Informationen über die Signalintegrität und Fehlerraten fehlerhaft
• Alles, was der Bericht bespricht, sind digitale Schichten über der physikalischen Schicht 1 der OSI-7-Schichten
• Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie die Experten oder die analogen Daten nicht hatten, es wurde dort nur nicht berichtet.
• Sie entschieden sich für den I2C aufgrund der Kosten, der Verfügbarkeit von RAD-gehärteten COTS und des geringen Stromverbrauchs. Wenn sie also die Probleme der Signalintegrität gut handhaben würden, müssten sie sich nicht so sehr auf ein robustes redundantes Design zur Fehlererkennung/Korrektur/Wiederherstellung verlassen.
• Es gibt nicht übereinstimmende Abschlussmethoden, die Open-Collector-Treiber verwenden können, um den Signalspielraum zu verbessern, wie z. B. Stromquellen-Pull-up anstelle von passivem R-Pull-up.

Anekdotisch

Dies ist ein Bereich, in dem ich Burroughs Mitte der 80er Jahre bei der Aktualisierung ihrer Corporate Design-Standards für EMV-Testmethoden und Spezifikationen für Akzeptanzwerte der Immunität gegen leitungsgebundenes Rauschen, abgestrahlte ESD, abgestrahlte Burst-HF, abgestrahlte ebene Wellen für gewobbelte HF von 100-kHz-Magnetfeldern unterstützte bis x GHz abgestrahlte Felder bei sehr hohen Feldstärken unter Verwendung von Magnetspulen mit 1-kW-Rack-Verstärker und dodekaedrischer Flachantenne mit Opto-Rückkopplung für Servo-E-Feld-Flachantwort, um 0-Bit-Fehler in 10^10 Bits zu verifizieren.

NXP definiert die Attribute dieses Zweidrahtstandards namens I2C wie folgt:

• Extrem niedriger Stromverbrauch
. • Hohe Störfestigkeit.
• Großer Versorgungsspannungsbereich.
• Breiter Betriebstemperaturbereich.

Es wird jedoch durch die Kabelkapazität und damit die Auswahl und Länge des Kabels, den Pegel naher transienter hoher Ströme oder Spannungen mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit, den aktiven 50-Ohm-CMOS-Puffertyp des Treibers oder den Stromquellenabschluss und viele Variationen begrenzt.

Die NXP-Spezifikation sagt kein Problem für 100 kHz bis zu 100 pF Last, die je nach Impedanz des Paares typischerweise 20 pF/ft betragen kann, und dann Fußnoten für die Handhabung von 100 pF bis 400 pF max für 100 Kbps.

Wenn ich es wäre, würde ich das Twisted Pair mit der höchsten Impedanz (240 ~ 300+) wählen und dann eine Konstantstromsenke mit Latchup-Schutz verwenden.

In jedem Fall muss ein erfahrener Entwicklungsingenieur für Übertragungsleitungen die Signalintegrität für diese Kurzstreckenverbindungen entwerfen/beanspruchen und überprüfen.

Nachtrag

Studenten von Stanford Engineering entwickelten Verbesserungen für die Weltraumkommunikation, darunter Watch-Dog-Timer für das Power-Recycling und Bit-Banging-Ports für im Bus gemultiplexte Wiederherstellungsoptionen.

Meinung

Ich würde interpretieren, dass die Hauptprobleme nicht die „Signalintegrität“ bei der Bitfehlerrate waren, sondern harte Ausfälle aufgrund von Gammastrahlungsimpulsen, die aufgrund der hohen V/um-Feldintensitäten dieser hohen Energie selbst in großen lithografischen CMOS-Geräten Latch-Ups hervorrufen können Impulse. Ihre Wiederherstellungsmethoden wurden meiner Erfahrung nach von meinen Erfahrungen mit 25 kV ESD im Projekt IDA in einem MTS-Testhaus bis in die frühen 80er Jahre korrekt implementiert

Anekdotisch

Projekt IDA war ein Forschungs- und Entwicklungsvorhaben von Winnipeg Interdiscom Inc., an dem ich für ein kundenspezifisches ISDN-Breitband-WAN mit PayTV, grafischen Wetterdaten, Meinungsumfragen, digitaler Telefonie, Tannen-/Einbruchsalarmen, Zählerablesung, kabelgebundener Tastatur für serielle Hochgeschwindigkeitsdaten und 2 Zentimeter ESD-Bögen von der Statik des Röhrenfernsehers und den Fingern zu unserer Set-Top-Box in einem trockenen Winter!! Es war das erste groß angelegte SCADA DS1 (1,544 Mbit/s) bidirektional über RF an 100 Haushalte auf der ganzen Welt, das erfolgreich getestet und ausgeliefert wurde. Ich war verantwortlich für den Systemtest, das Design und die Herstellung verschiedener BER-Testgeräte und die allgemeine 2-Wege-Netzwerkstatusüberwachung, und unser Team hat dafür gesorgt, dass es funktioniert. Alle diese 100 Haushalte teilten sich 1 Koaxialkabel und 2 HF für die TDM-DS1-Baum/Bus-Topologie.

Es wurde schließlich an ein Unternehmen verkauft, dem Scientific Atlanta, Intellivision und einige andere in Philadelphia gehörten.