Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка технологических решений в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения ( интегрированный борт )

Докладчик: Еремеев Петр Михайлович

Должность: старший научный сотрудник

Цель проекта:
1. Задача реализуемого проекта: исследование и разработка технологических решений в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения. 2. Цель реализуемого проекта: разработка архитектурных и системных и технологических основ в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем, реализуемых на отечественной элементной базе, для применения в космических аппаратах с длительным сроком активного существования; разработка программно-технических решений в области специального программного обеспечения для проектирования сложно-функциональных блоков отечественных специализированных микросхем для бортовых вычислительных комплексов космических аппаратов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1) Архитектурные, конструктивные и технологические основы для разработки высокоинтегрированных вычислительных систем, применяемых в космических аппаратах с длительным сроком активного существования:
- архитектурные и системные решения по построению бортового вычислительного комплекса космического аппарата (далее - БВК КА);
- системные решения по определению необходимого и достаточного состава специализированных микросхем для создания БВК КА;
- конструктивно-технологические решения для реализации специализированных микросхем БВК КА;
- схемотехнические решения по определению состава сложно-функциональных блоков (далее – СФ-блоков) для создания специализированных микросхем БВК КА;
- программно-технические решения в области разработки СФ-блоков специализированных микросхем БВК КА;
2) Предложения и рекомендации по использованию результатов проведённой ПНИ в реальном секторе экономики с учётом технологических возможностей и особенностей индустриального партнёра, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
3) Проект перечня нормативных документов по процедуре разработки СФ-блоков и специализированных микросхем с использованием СФ-блоков.
4) Проект технического задания на проведение ОКР по созданию серии специализированных микросхем типа «система па кристалле» (далее - СнК) для реализации типовых архитектурных решений БВК КА.
2. Основные характеристики планируемых результатов:
1) Программная модель БВК должна быть реализована на языке С++.
2) Архитектура бортового вычислительного комплекса должна иметь резервированную структуру для обеспечения сбоеустойчивости и отказоустойчивости.
3) Стойкость микросхем к воздействию факторов космического пространства при подаче на подложку кристалла микросхемы потенциала 0 В с характеристиками по группам исполнения:
- накопленная доза - 100 крад;
- уровень бессбойной работы по катастрофическим отказам -40 МэВ-см2/мг.
4) Экспериментальные образцы СБИС должны быть реализованы в металлокерамических корпусах, пригодных для эксплуатации в условиях космического пространства;
5) Требования к ЭО СБИС
- ЭО СБИС должны иметь единый конструктивно-технологический базис.
- ЭО СБИС должны изготавливаться по микроэлектронным технологиям уровня не ниже 0,25 мкм, включать в свой состав библиотечные СФ-блоки.
6) Требования к макету БВК
- Макет БВК должен состоять из следующих блоков:
1) четырёх вычислительных модулей, обеспечивающих обработку информации и позволяющих организовать архитектуру БВК, устойчивую к отказам и сбоям;
2) модуля вторичного источника питания, обеспечивающего формирование питающих напряжений для функционирования БВК;
3) корпуса, обеспечивающего размещение и защиту модулей БВК.
- Макет БВК должен обеспечивать отработку схемотехнических и программных решений в части поддержки отказоустойчивой 4-х канальной структуры, отработки алгоритмов обработки данных и принятия решений.
- Макет БВК должен поддерживать следующие функции:
1) вычислительные ресурсы центрального процессора не менее 80 MIPS;
2) обеспечение функций обмена данными по системным и технологическим интерфейсам;
3) обеспечение функций поддержки отказоустойчивой структуры;
4) синхронизацию межканального обмена;
5) блокировку отказавшего канала;
6) рестарт отказавшего канала.
- Производительность центрального процессора макета БВК должна быть не менее 80 MIPS.
- Ёмкость ОЗУ макета БВК должна быть не менее 8 Мбайт. Доступ к ОЗУ должен быть в формате байта, слова и двойного слова. ОЗУ должно быть защищено кодом Хемминга (исправление ошибки в одном бите и опознавание ошибок в двух битах слова ОЗУ).
- Ёмкость ЭППЗУ макета БВК должна быть не менее 8 Мбайт. Доступ к ЭПП3У должен быть в формате байта, слова и двойного слова.
- Должна быть обеспечена возможность выполнения программ непосредственно из ЭППЗУ. Необходимо использовать код Хемминга для исправления ошибки в одном бите и опознавания ошибок в двух битах слова ЭППЗУ.
- Межканальный интерфейс макета БВК должен обеспечивать возможность объединения 4-х каналов резервирования для построения отказоустойчивой структуры.
- Пропускная способность межканального интерфейса должна быть не менее 100 Мбит/с.
7. Требования к ЭО ПО
- ЭО ПО должен включать в свой состав следующие подсистемы:
1) подсистему планирования габаритов СФ-блока, предназначенную для автоматического формирования области базового кристалла, необходимую для реализации топологии разрабатываемого СФ-блока;
2) подсистему описания логической схемы, предназначенную для графического или текстового ввода и проверки правильности электрической схемы;
3) подсистему размещения ячеек, предназначенную для совмещённого ручного и автоматического размещения ячеек в заданных габаритах области базового кристалла;
4) подсистему синтеза топологии СФ-блока, предназначенную для автоматического формирования топологии шин коммутации;
5) подсистему верификации, предназначенную для проверки выполнения требований стандарта кодирования топологии БИС и осуществления проверки соответствия полученной топологии БИС её логической схеме.
- Подсистемы ЭО ПО должны активизироваться из единой программной оболочки, реализованной в виде монитора ЭО ПО.
- Подсистемы ЭО ПО должны функционировать в операционной системе Windows на базе персонального компьютера.
- Программное обеспечение для разработки СФ-блоков должно обеспечивать совместимость с подсистемами отечественной промышленной версии системы автоматизированного проектирования специализированных микросхем «Ковчег».
- Программное обеспечение для разработки СФ-блоков должно обеспечивать автоматическую адаптацию проектов микросхем, ранее разработанных в базисе серий базовых матричных кристаллов, таких как 5521 и 5529, без коррекции электрических схем.

3. Оценка новизны:
1) Новое поколение универсальной бортовой аппаратуры вычислительных комплексов КА на основе стандарта построения бортовой аппаратуры – SpaceWire, создаваемого в рамках международной кооперации.
2) Новое поколение радиационно стойкой отечественной ЭКБ для реализации бортовой аппаратуры КА.
4. Сопоставление с результатами аналогичных работ.
Переход на принципиально новый Стандарт SpaceWire (ECSS-E-50-12A “SpaceWire – Links, nodes, routers and networks”), который разработан в 2003 г. под эгидой Европейского центра космических исследований и технологий (ESTEC) ESA, как системообразующая технология комплексирования бортового оборудования. Это позволит:
- уменьшить сроки создания и отработки, и связанной с этим стоимости создания новой платформы на 20%;
- уменьшить массо-габаритные характеристики на 50% бортовой аппаратуры.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Область применения: разработка и производство высоконадежной отказоустойчивой вычислительной аппаратуры, входящей в состав космических, авиационных, морских, наземных комплексов;
- разработка и производство контрольно-измерительного, испытательного и технологического оборудования для создаваемых на предприятии изделий;
- разработка общего и специального программного обеспечения для бортовых вычислительных машин космических аппаратов, систем управления и распознавания авиационной техники, наземных испытательных комплексов и систем, технологического и производственного обеспечения.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования: создание в кооперации с ОАО «Ангстрем», НПК «Технологический центр МИЭТ», ОАО НПЦ «Элвис», НИИСИ РАН и другими разработчиками ЭКБ ряда радиационно-стойких отечественных микросхем: процессоров нового поколения таких как 5890ВМ1Т, 1892ВМ5Я, 1892ВМ7Я, 1892ВМ8Я, контроллеров канала передачи информации по МКО в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003, специализированных СБИС, оснащенных встроенными контроллерами SpaсeWire и FiberChanell, специализированных микросборок.
3. Прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений.
Уменьшение сроков создания и отработки, и связанной с этим стоимости создания новой платформы на 20% за счет:
- использования стандартизованных аппаратных и программных компонентов платформы по принципу «с полки» (COTS – “Commercial Off-the-Shelf”);
- создания программной модели платформы для опережающего создания и отладки программного обеспечения;
- сокращения сроков физической отработки за счет применения сертифицированных компонентов аппаратуры и ПО со разработанной методике.
Уменьшения массо-габаритных характеристик на 50% и более за счет:
- уменьшения массы кабельной сети;
- интеграции различных систем платформы КА в единую коммуникационную среду;
- перехода от принципа – каждый прибор – свой корпус, своя гальваническая развязка, свои ВИПы, свои датчики телеметрии, т.е. все свое – к принципу – система – это набор выполняемых в единой вычислительной и коммуникационной среде системных функций.
- перехода от принципа комплексирования «приборы на теплоотводящей панели» к принципу «модули в составе теплоотводящего крейта»;
- перехода от принципа «кабельная сеть подключается к приборным разъемам» к принципу «модули подключаются к стандартизованной коммуникационной среде»;

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ литературных источников с целью выбора направления исследований в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения. Начат поиск научных информационных источников.