aspectos de confiabilidade na implementação da unidade de telecomando e telemetria para...
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Aspectos de Confiabilidade naImplementação da Unidade de Telecomando e
Telemetria para Plataformas Orbitais
Luciano Rigelo [email protected]
Orientador: Prof. Eduardo Augusto Bezerra
Seminário de Andamento - SA
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
PPGCC - Faculdade de Informática
Porto Alegre, 21 de Agosto de 2009
Sumário Introdução e Estado da Arte
O Projeto UTMC
Trabalho Proposto e Resultados Obtidos
Andamento das Atividades
Considerações Finais
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Introdução
A importância dos Veículos Espaciais Sistemas distintos: Plataforma Orbital e Carga Útil Tecnologias para aplicações espaciais, FPGA SRAM,
Antifuse e ASIC Função da UTMC na Plataforma Orbital Padrão CCSDS/ESA na UTMC Tipos de TC e TM Aplicação de ordem crítica na missão Confiabilidade na Plataforma Orbital
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Introdução
Proteção contra SEUs é imperativo na UTMC Avanço tecnológico deixou sistemas altamente
suscetíveis a radiação oriundas do espaço Ambiente extremamente hostíl: variações na
temperatura, variações na tensão de alimentação e EMI
Tolerância a falhas também é um fator importante para equipamentos a nível terrestre
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Motivação
Grande demanda pelos serviços fornecidos nas plataformas orbitais: Exploração espacial Comunicação Aplicações Científicas Militar Meteorologia
Aplicações espaciais são exóticas e apresentam muitos desafios a respeito de sua confiabilidade
Utilizar FPGA no módulo UTMC é uma solução atrativa Agregar confiabilidade em todo o módulo UTMC é
essencial para o sucesso da missão
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Objetivos
Aplicar técnicas de confiabilidade no módulo da UTMC Analisar aspectos de confiabilidade existentes no projeto atual
da UTMC Determinar qual é a técnica de tolerância a falhas a ser
empregada nos dispositivos FPGA antifuse Fazer uma análise numérica do índice de confiabilidade atual e
comparar o novo índice obtido Avaliar os ganhos obtidos com a aplicação das técnicas Validar o trabalho com o módulo real da UTMC
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Tolerância a Falhas e Confiabilidade
Tecnologia tolerante a radiação Objetivo das técnicas: eliminar ponto único de falha Inserir redundância é base de tudo
Hardware – TMR, módulos redundantes, EDAC RAM Software – Programação diversitária Informação – BCH, RS, Convolucional, Paridade Tempo – Repetição da operação, re-envio de mensagem
Mascarar falhas transientes e permanentes Custo da técnica deve ser observado
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Trabalhos Relacionados
Projeto PUC#SAT – G. Almeida Improving FPGA Design Robustness with Partial
TMR – B. Pratt, M. Caffrey Fault Tolerance Implementation within SRAM Base
FPGA – D. Fay, A. Shye Evaluating TMR Techniques in the Presence of
Single Event Upsets – N. Rollins, M. Wirthlin, M. Caffrey
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Trabalhos Relacionados
Designing Fault-Tolerant Techniques for SRAM-Based FPGAs – F. Kastensmidt, G. Neuberger, L. Carro,R. Rei
Fault-Tolerance in FPGAs through CRC Voting – H. Castro, A. Coelho, R. Silveira
Which Concurrent Error Detection Scheme to choose – S. Mitra, E. McCluskey
Antifuse FPGA Technology: Best Option for Satellite Applications – K. O’Neill
On Fault Modeling and Fault Tolerance of Antifuse Based FPGAs – K. Roy
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Trabalhos Relacionados
An Adaptive Fault Tolerant Memory System for FPGA Based Architectures in Space Environment – K. O’Neill
Improving Reliability of SRAM Based FPGAs by Inserting Redundant Routing – F. Kastensmidt, C. Filho, L. Carro
Synchronous Resets? Asynchronous Resets?I am so confused!How will I ever know which to use? – Clifford E. Cummings
Understanding Metastability in FPGAs – J. Chen D. Fung R. Stephenson
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Sumário Introdução e Estado da Arte
O Projeto UTMC
Trabalho Proposto e Resultados Obtidos
Andamento das Atividades
Considerações Finais
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Análise do Módulo da UTMC
Implementa o protocolo de comunicação de acordo com as recomendações CCSDS/ESA
A plataforma orbital possui dois módulos da UTMC
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Análise do Módulo da UTMC Implementação das camadas do padrão CCSDS/ESA
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Técnicas de Confiabilidade Existentes na UTMC Códigos corretores de erro
BCH RS
Códigos detectores de erro Convolucional CRC
Redundância dos módulos da UTMC Redundância dos canais de transmissão Fonte de alimentação duplicada
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Técnicas de Confiabilidade Existentes na UTMC Redundância na UTMC
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Metaestabilidade
Problemas na Implementação VHDL
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Problemas na Implementação VHDL
Solução: Circuito sincronizador
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Sincronismo de reset. Problema: Ruído pode acionar o reset
Problemas na Implementação VHDL
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Inferência automática de memória realizada pelo Synplify
Depuração do código VHDL e depuração do código do LabView simultaneamente
Problemas na Implementação VHDL
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O Projeto UTMC
Trabalho Proposto e Resultados Obtidos
Andamento das Atividades
Considerações Finais
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Proposta de Trabalho
Aplicação da técnica de TMR
É limitada pelos recursos da FPGA
Possui ponto único de falha
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Proposta de Trabalho
Aplicação da TMR reduzida
CED – Concurrent Error Detection
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Proposta de Trabalho
Utilização de EDAC RAM da Actel, família RTAX-S/SL Implementa a técnica de Scrubbing na memória da FPGA
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Resultados Obtidos
Metaestabilidade resolvidaMargem de erro inicial de 40%Solução eliminou a margem de erro
Sincronismo de resetMargem de erro de 50%Solução eliminou a margem de erro
Principais ainda não obtidos
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Resultados Obtidos
Área ocupada da FPGA (Sem codificação)Core Cells : 13264 of 38400 (35%)Block Rams : 18 of 60 (30%)
Área ocupada da FPGA (RS+Convolucional)Core Cells : 21612 of 38400 (56%)Block Rams : 18 of 60 (30%)
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O Projeto UTMC
Trabalho Proposto e Resultados Obtidos
Andamento das Atividades
Considerações Finais
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Atividades
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Atividades
Atividades Extras:Concluir o fluxo de TC/TMComunicação serial sincrona rs422Solucionar problemas de instabilidade na
FPGASolucionar problemas de resetValidar o fluxo de TC/TM no hardware
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O Projeto UTMC
Trabalho Proposto e Resultados Obtidos
Andamento das Atividades
Considerações Finais
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Considerações Finais
Falhas são por natureza assíncronas Encontrar uma solução 100% efetiva é impossível Análise minuciosa dos pontos únicos de falha Determinar custo em termos de área, consumo e
complexidade Verificar se a aplicação da técnica não apresenta novos
pontos únicos de falhas Análise numérica é fundamental
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Considerações Finais
Procedimento de teste Plano de teste Documentação também é um item de confiabilidade
dentro do projeto da UTMC
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Aspectos de Confiabilidade naImplementação da Unidade de Telecomando e
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