CompactPCI Serial的太空应用

航空航天的商业化，就像这个OneWeb项目一样，增加了老牌公司为这个市场开发有竞争力的产品的压力。一种可能的选择是依靠现有的国际标准，以便在开发和项目生命周期中节省时间和成本。

采用这样的标准并使其适应太空要求也是空中客车公司、泰雷兹阿莱尼亚公司等一批全球太空参与者所追求的解决方案：他们决定采用一种相当新的、功能强大但已经经过行业验证的标准：CompactPCI Serial。使用这样的成熟标准还有助于减少航空电子设备硬件的过时问题，同时显着降低硬件和软件的复杂性和成本。

空间应用的可用性和开放接口

除了完全定制的解决方案外，VPX 长期以来一直是太空嵌入式系统的唯一标准，但 CompactPCI 在太空应用中也有着悠久的历史。CompactPCI使用的著名例子包括好奇号火星探测器在卫星控制中的应用及其在国际空间站科学任务中的实施。即使是 CompactPCI 系列基本规格也具有已经定义和到位的空间所需的机械和传导冷却技术。

此外，与 VPX 相比，灵活的 CompactPCI 串行标准提供了更易于使用和成本优化的开发。

例如，Space CompactPCI Serial的典型应用可以是平台和卫星上有效载荷控制器的实现。

Space CompactPCI Serial 是高度复杂市场最合乎逻辑的选择，同时可重复使用和发展成熟的工业技术，并显著降低成本。同时，从CompactPCI Serial中删除了一些未使用的功能，以使标准更加简化，同时添加了其他属性以优化用例的标准。

CompactPCI 串行规范扩展的两个主要变化是定义双星架构以提高可用性，以及增加了开放管理总线，允许集成空间应用中常见的不同通信协议。

CompactPCI Serial基本规范定义了单星架构，而Space CompactPCI Serial现在对称地将这些互连的使用量加倍，因此如果一个CPU发生故障，整个系统的功能将不受影响。提高可用性对于在太空中使用至关重要，特别是因为在卫星在轨道上时简单地交换CPU卡有点困难。

除了系统左侧的系统插槽 （A） 外，系统右侧的第二个系统插槽 （B） 也使用相同的路由方法。所有七个外围设备插槽都连接到两个系统插槽，并且两个系统插槽相互连接。总之，这些链路构建了一个完全网状的互连网络。全网状网络不限于任何特定协议，可用于以太网、SpaceWire、TTEthernet 和 EtherSpace 等物理互连标准。

与全网状网络并行，两个系统插槽都可以通过八个特定的差分链路连接到任何外围板。这些链路也可用于任何协议，具体取决于应用和各个电路板。此双星体系结构旨在用于高可用性解决方案。

其结果是通过背板并行灵活地使用全网状以太网网络，以及通过PCI Express或任何其他协议的双星架构。

图1：Space CompactPCI Serial定义了第二个系统插槽，为PCI-Express形成了双星架构。

该规范定义了一个实用程序连接器，可以通过开放式管理总线进行控制和配置。它接管了热插拔功能，因为它用于CompactPCI串行，并允许打开和关闭系统中的单个卡。热插拔功能对于在轨卫星来说确实不是必需的，但实际上在地面和测试系统的集成过程中非常有用，这仍然可以通过PCI Express和普通的CompactPCI串行卡实现。

由于Space CompactPCI Serial旨在用于传导冷却环境，因此机械设计与CompactPCI Serial完全兼容，但板对板间距为5HP ［水平间距= 25.4 mm］而不是4HP ［20.3 mm］，以允许每块板使用传导冷却框架。目前，工作组成员已经在为Space CompactPCI Serial开发特定的标准背板。

高速背板互连和连接器旨在支持每差分对 12.5 Gbit/s 的数据速率。全网状网络的加速带宽为 400 Gbit/s。此外，双星互连同时支持 1 Tbit/s 的吞吐量速率。

基础设施信号可实现舒适灵活的系统管理。除I²C总线外，还支持CAN总线。电源为12伏;可选的 5V 待机电压可用于支持挂起模式或睡眠模式。电源轨可以是单个平面，也可以单独供电和控制每块板。电源和系统管理不是 Space CompactPCI 串行规范的一部分。

太空中的恶劣环境，尤其是真空条件，对连接器的要求很高。该材料不得脱气，因为一些脱气的材料会在卫星的敏感透镜上留下沉积物。除气测试已经确认了用于Space CompactPCI Serial的连接器的资格。其他机械或环境措施，如SEU电阻，未在标准规范中定义，因为这些措施取决于客户的要求以及电路板在应用和终端系统中的位置。

Space CompactPCI Serial允许在空间中使用已建立的工业技术，从而可以经济高效地将最新技术用于空间应用。开放标准保证了来自不同供应商的不同电路板的互操作性，并帮助设计人员在一次任务中重复使用解决方案。

审核编辑：郭婷