Concepção do On-Board Data Handling com Sensor Inercial para Aplicações Espaciais Orientador:...
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Concepção do On-Board Data Handling com Sensor Inercial para
Aplicações Espaciais
Orientador:
Prof. Dr. Eduardo Augusto Bezerra
Autores:
Cristiano Garré Ferreira
Felipe Augusto da Silva
Paulo Ricardo Cechelero Villa
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Faculdade de Engenharia – Faculdade de Informática
Agenda Introdução Trabalhos Relacionados Projeto PUC#SAT Arquitetura Proposta de OBDH Metodologia de Projeto e Desenvolvimento Implementação dos Módulos do Sistema Resultados Obtidos Conclusão e Trabalhos Futuros
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Agenda Introdução Trabalhos Relacionados Projeto PUC#SAT Arquitetura Proposta de OBDH Metodologia de Projeto e Desenvolvimento Implementação dos Módulos do Sistema Resultados Obtidos Conclusão e Trabalhos Futuros
Introdução Visão Geral
Desenvolvimento da tecnologia espacial
Diversidade de funções dos satélites Navegação, Observação, Comunicação, ...
Posição do Brasil no cenário mundial
Introdução Motivação
Aplicações Espaciais / Microeletrônica / Sistemas de Tempo Real / Arquitetura de Computadores
Agenda de lançamento de satélites nacionais
Reconhecida importância de projetos na área espacial para avanços da tecnologia como um todo
Introdução Objetivos
Modelo básico para gerência e manipulação de dados a bordo de um satélite (On-Board Data Handling - OBDH)
Sensores Inerciais
Integração dos componentes de bordo
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Trabalhos Relacionados Chipsat – Centro Espacial Surrey
Trabalhos Relacionados OBDH da empresa LABEN
Trabalhos Relacionados
Modelos Tradicional COTS RSoC
DPUs em operação Rosetta Rosina
µDPU VEX VMC
Processador TSC21020 DSP56302 LEON-2 em Virtex-1
Volume – sem encapsulamento [cm3] 850 70 250
Memória Cache 16 Mbit 6 Mbit 16 Mbit
Memória de Dados 128 Mbit 1 Gbit 1 Gbit
DPUs em desenvolvimento AT697 / ASIC MSC8101 LEON-3 em Virtex-II
Qualidade de confiabilidade alta média alta
Custo dos componentes alto / muito alto baixo médio
Tempo de desenvolvimento médio / longo médio curto
Flexibilidade muito baixa baixa alta
Universidade Técnica IDA - Alemanha
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Projeto PUC#SAT
Plataforma Multi-Missão (PMM)
Programa Uniespaço (AEB) – 2005/2009
Subsistema de Comunicação – UTMC
Projeto PUC#SAT
Projeto PUC#SAT
Subsistema de Comunicação Telecomando Telemetria
Telecomando
Telemetria
Veículo Espacial
Estação Terrestre
Projeto PUC#SAT
OBDH
Sensores
OBC
Manipulação de Dados
Gerenciamento da Comunicação
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Arquitetura Proposta de OBDH Visão Geral
Arquitetura Proposta de OBDH
Processador
LEON3 - descrição VHDL sintetizável de um processador de 32-bits. Atributos: Conjunto de instruções do SPARC V8; Cache de instruções e de dados separadas
(Arquitetura Harvard); AMBA-2.0 AHB bus interface; Suporte a on-chip debug;
Arquitetura Proposta de OBDH
Processador
Processador embarcado em FPGA Virtex II na placa de desenvolvimento Xilinx XUP V2-Pro.
Escolha levou em consideração o aconselhamento dos Engenheiros do INPE.
Arquitetura Proposta de OBDH
Sistema Operacional
RTEMS – SO de tempo real para sistemas embarcados.
Amplamente utilizado em aplicações espaciais, pois dá suporte a vários microprocessadores.
É utilizado em conjunto com o LEON3 em missões da Agência Espacial Européia.
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Arquitetura Proposta de OBDH
Arquitetura Proposta de OBDH
Microcontroladores Conversor AD/DA MSC1213 Texas Instruments
Arquitetura 8051
Recursos LEDs RS-232C Pinos de Uso Geral
Compilador para linguagem C SDCC
Arquitetura Proposta de OBDH
Acelerômetros ADIS16201
Giroscópios ADIS16250
Analog Devices
Encapsulamento LGA
Interface de Comunicação SPI
Acesso por Registradores
Arquitetura Proposta de OBDH
Arquitetura Proposta de OBDH
Painel de Instrumentos
8 LEDs para Visualizar o TC
Buzzer para Sonorizar um Alarme
Arquitetura Proposta de OBDH
Arquitetura Proposta de OBDH Subsistema de Comunicação
UTMC Comunicação Estação Terrestre/OBDH FPGA Actel ProASIC3E
ESE Estação Terrestre Hardware LabVIEW
Arquitetura Proposta de OBDH
Arquitetura Proposta de OBDH
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Metodologia de Projeto e Desenvolvimento Estudo das Tecnologias
Arquitetura Satélites
Sensoriamento de Satélites
Técnicas de Desenvolvimento em SoC
Protocolos de Comunicação
Arquitetura de OBDH
Metodologia de Projeto e Desenvolvimento Atividades de Implementação
Síntese LEON3 Desenvolvimento código fonte OBDH Placas e Soldagem Sensores Inerciais Comunicação com Sensores Painel de Instrumentos Integração OBDH e Periféricos Modificações UTMC e ESE Integração Sistema Completo Visualização Gráfica de Inclinação
Metodologia de Projeto e Desenvolvimento Requesitos
GRLIB – Biblioteca de IPs LEON3
RCC – Compilador Cruzado RTEMS
GRMON – Monitor de Testes
SDCC – Compilador Cruzado para Microcontroladores
LabView – Interface com Hardware do ESE
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Implementação dos Módulos do Sistema Síntese LEON3
Configuração GRLIB
Port Map novas UARTs
Barramento AMBA
Arquivo de Configuração
Pinos de Expansão
Implementação dos Módulos do Sistema Desenvolvimento código fonte OBDH
Plataforma de Desenvolvimento
Tarefas OBDH
Implementação dos Módulos do Sistema Tarefas RTEMS
Implementação dos Módulos do Sistema Placas e Soldagem Sensores Inerciais
Layout de Placas OrCAD Adaptação de Footprints
Soldagem de Componentes
Implementação dos Módulos do Sistema Comunicação com Sensores
Codificação do Protocolo SPI
Painel de Instrumentos Leitura Serial e Execução de Comandos
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Implementação dos Módulos do Sistema Integração OBDH e Periféricos
Comunicação Serial RS-232C
PC como Subsistema de Comunicação
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Implementação dos Módulos do Sistema Modificações UTMC e ESE
Serial Assíncrona Protocolo de Comunicação Modificações LabView
Integração Sistema Completo
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Implementação dos Módulos do Sistema Visualização Gráfica de Inclinação
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Resultados Obtidos Protótipo do OBDH Simplificado
SoC + Sistema Operacional Software
Periféricos Inerciais
Integração com um Subsistema de Comunicação Real
Reconhecimento do INPE
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Conclusões e Trabalhos Futuros
O trabalho abrangeu grande parte dos conceitos do curso de Engenharia de Computação
Conhecimento adquirido / Especialização
Dificuldades Encontradas
Conclusões e Trabalhos Futuros
Continuação da Implementação do OBDH
Algoritmos de Controle de Atitude e Órbita (AOC)
Técnicas de Confiabilidade de Hardware e Software