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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.

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1 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 1 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Engenharia – Faculdade de Informática

2 Agenda 2 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

3 Agenda 3 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

4 Introdução 4 Visão Geral Desenvolvimento da tecnologia espacial Diversidade de funções dos satélites Navegação, Observação, Comunicação,... Posição do Brasil no cenário mundial

5 Introdução 5 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

6 Introdução 6 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

7 Agenda 7 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

8 Trabalhos Relacionados 8 Chipsat – Centro Espacial Surrey

9 Trabalhos Relacionados 9 OBDH da empresa LABEN

10 Trabalhos Relacionados 10 ModelosTradicionalCOTSRSoC DPUs em operaçãoRosetta RosinaµDPUVEX VMC ProcessadorTSC21020DSP56302LEON-2 em Virtex-1 Volume – sem encapsulamento [cm 3 ] Memória Cache16 Mbit6 Mbit16 Mbit Memória de Dados128 Mbit1 Gbit DPUs em desenvolvimentoAT697 / ASIC MSC8101LEON-3 em Virtex-II Qualidade de confiabilidadealtamédiaalta Custo dos componentesalto / muito altobaixomédio Tempo de desenvolvimentomédio / longomédiocurto Flexibilidademuito baixabaixaalta Universidade Técnica IDA - Alemanha

11 Agenda 11 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

12 Projeto PUC#SAT 12 Plataforma Multi-Missão (PMM) Programa Uniespaço (AEB) – 2005/2009 Subsistema de Comunicação – UTMC

13 Projeto PUC#SAT 13

14 Projeto PUC#SAT 14 Subsistema de Comunicação Telecomando Telemetria Telecomando Telemetria Veículo Espacial Estação Terrestre

15 Projeto PUC#SAT 15 OBDH Sensores OBC Manipulação de Dados Gerenciamento da Comunicação

16 Agenda 16 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

17 Arquitetura Proposta de OBDH 17 Visão Geral

18 Arquitetura Proposta de OBDH 18 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;

19 Arquitetura Proposta de OBDH 19 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.

20 Arquitetura Proposta de OBDH 20 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.

21 Arquitetura Proposta de OBDH 21

22 Arquitetura Proposta de OBDH 22 Microcontroladores Conversor AD/DA MSC1213 Texas Instruments Arquitetura 8051 Recursos LEDs RS-232C Pinos de Uso Geral Compilador para linguagem C SDCC

23 Arquitetura Proposta de OBDH 23 Acelerômetros ADIS16201 Giroscópios ADIS16250 Analog Devices Encapsulamento LGA Interface de Comunicação SPI Acesso por Registradores

24 Arquitetura Proposta de OBDH 24

25 Arquitetura Proposta de OBDH 25 Painel de Instrumentos 8 LEDs para Visualizar o TC Buzzer para Sonorizar um Alarme

26 Arquitetura Proposta de OBDH 26

27 Arquitetura Proposta de OBDH 27 Subsistema de Comunicação UTMC Comunicação Estação Terrestre/OBDH FPGA Actel ProASIC3E ESE Estação Terrestre Hardware LabVIEW

28 Arquitetura Proposta de OBDH 28

29 Arquitetura Proposta de OBDH 29

30 Agenda 30 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

31 Metodologia de Projeto e Desenvolvimento 31 Estudo das Tecnologias Arquitetura Satélites Sensoriamento de Satélites Técnicas de Desenvolvimento em SoC Protocolos de Comunicação Arquitetura de OBDH

32 Metodologia de Projeto e Desenvolvimento 32 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

33 Metodologia de Projeto e Desenvolvimento 33 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

34 Agenda 34 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

35 Implementação dos Módulos do Sistema 35 Síntese LEON3 Configuração GRLIB Port Map novas UARTs Barramento AMBA Arquivo de Configuração Pinos de Expansão

36 Implementação dos Módulos do Sistema 36 Desenvolvimento código fonte OBDH Plataforma de Desenvolvimento Tarefas OBDH

37 Implementação dos Módulos do Sistema 37 Tarefas RTEMS

38 Implementação dos Módulos do Sistema 38 Placas e Soldagem Sensores Inerciais Layout de Placas OrCAD Adaptação de Footprints Soldagem de Componentes

39 Implementação dos Módulos do Sistema 39 Comunicação com Sensores Codificação do Protocolo SPI Painel de Instrumentos Leitura Serial e Execução de Comandos

40 Implementação dos Módulos do Sistema 40 Integração OBDH e Periféricos Comunicação Serial RS-232C PC como Subsistema de Comunicação

41 Implementação dos Módulos do Sistema 41 Modificações UTMC e ESE Serial Assíncrona Protocolo de Comunicação Modificações LabView Integração Sistema Completo

42 Implementação dos Módulos do Sistema 42 Visualização Gráfica de Inclinação

43 Agenda 43 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

44 Resultados Obtidos 44 Protótipo do OBDH Simplificado SoC + Sistema Operacional Software Periféricos Inerciais Integração com um Subsistema de Comunicação Real Reconhecimento do INPE

45 Agenda 45 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

46 Conclusões e Trabalhos Futuros 46 O trabalho abrangeu grande parte dos conceitos do curso de Engenharia de Computação Conhecimento adquirido / Especialização Dificuldades Encontradas

47 Conclusões e Trabalhos Futuros 47 Continuação da Implementação do OBDH Algoritmos de Controle de Atitude e Órbita (AOC) Técnicas de Confiabilidade de Hardware e Software


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