ПИШУ ТОЛЬКО О ТОМ, С ЧЕМ САМ СТАЛКИВАЛСЯ
В новых разработках аэрокосмической техники начали применяться новые современные интерфейсы, в т.ч. интерфейс распределённых вычислительных систем Space Wire ("Космический Провод").
Немного истории. Вообще-то внедрение нового интерфейса в аэрокосмической технике - событие значимое. Под внедрением понимают принятие международного стандарта. Учитывая ответственность и важность изделий авиационной и космической техники, требования по надёжности к ней предъявляются очень жёсткие. Нередко между разработкой интерфейса и принятием стандарта на него проходило более 10-ти лет, затраченных на испытания на надёжность и опытную эксплуатацию, а так же различные согласования. Обычно при разработке национальных стандартов такой техники ориентируются на стандарты США ARINC (Aeronautical Radio, Incorporated), являющейся признанным лидером в этой области.
Первым стандартом, по которому мне пришлось работать, стал ARINC 429, ему соответствует ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75, этот стандарт описывает межблочный обмен 32-х разрядным биполярным последовательным кодом по витой паре в распределённой вычислительной системе с архитектурой типа "звезда" на скоростях 12.5, 50 или 100 кГц. Один узел такой сети предусматривает только один передатчик, который всегда активен, и до 20-ти приёмников. Для своих разработок я применил модуль интерфейса PC104-429-2-42M фирмы Элкус (Санкт-Петербург) с характеристиками:
- количество приёмников: 4
- количество передатчиков: 2 (2 независимых узла)
- рабочий температурный диапазон: -60...+85 °C
Вторым стандартом, по которому мне пришлось работать, стал MIL-STD-1553B, которому соответствовал в СССР ГОСТ 26765.52-87 , а затем в России - ГОСТ Р 52070-2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей». До принятия стандартов за рубежом этот интерфейс назывался "Манчестер II", а у нас - МКИО (Мультиплексный Канал Информационного Обмена) или МПК (мультиплексный канал). В своих разработках я применил также модуль фирмы Элкус ТЕ1-104-М ГФКП.467100.113:
Основные характеристики:
- скорость передачи: 1 МБит/с
- каналы: основной и резервный, дуплексный, витая пара
- рабочий температурный диапазон: -60...+85 °C
- гальваническая развязка: трансформаторная, одиночная и двойная
У этого интерфейса оказалась счастливая судьба - он до сих пор в строю. Разработанный как военный, он теперь широко применяется в гражданской технике. Например, весь Московский метрополитен окутан сетью МКИО (мне привычнее это название), все наши отечественные космические станции - Салюты и Мир - применяли МКИО в качестве межблочного интерфейса информационного обмена. Ни один новый самолёт, гражданский или военный, не обходится без этого интерфейса. Поясню. Новый самолёт не испытывается сразу весь - и навигация, и двигатели, и крыло, и шасси, и т.д., его испытывают по частям на летающих лабораториях (ЛЛ)- специальных самолётах, предназначенных для испытания отдельных самолётных систем. Так, например, ЛЛ для испытания двигателей хорошо описаны в интернете (легко находится по хештегу). Аналогичные ЛЛ существуют и для других авиационных систем. Чтобы новую систему установить на ЛЛ, она должна иметь интерфейсы, совместимые с ЛЛ, поэтому все новые системы (авионика) содержат и старые интерфейсы, в т.ч. и МКИО.
В 1993 году началось строительство Международной Космической Станции (МКС). К этому моменту несколько стран, от США - НАСА, от Европы - ЕКА, а также Канада и Япония, уже в течение пяти лет проводили работы по созданию космической станции Freedom, технические решения для которой позднее были заимствованы для МКС. Так на МКС появился новый магистральный интерфейс - Space Wire. Естественно, и Россия внедрила на своём сегменте МКС этот интерфейс для совместимости. Так что же это за интерфейс? Это - интерфейс точка - точка, соединяющая абоненты (узлы) в сеть с помощью маршрутизаторов (роутеров), как в ЛВС Ethernet. На короткие расстояния передача информации осуществляется по четырём витым парам, на дальние - по оптоволокну (ВОЛС), как и в Ethernet. На этом совпадение с Ethernet заканчивается.
Интерфейс Space Wire разработан на основе стандартов IEEE 1355-1995, TIA/EIA-644 и IEEE 1596.3-1996. Позднее, в 2003 г. был принят международный стандарт ECSS-E-50-12A "Space Wire - соединения, узлы, маршрутизаторы и сети".
Основные характеристики:
- скорость передачи: от 2 до 400 МБит/с, максимальная скорость зависит от дальности
- уровни напряжения: LVDS, 250 - 450 мВ
- дальность передачи: по витой паре - до 10 м, по ВОЛС - до 100 м
В более поздних редакциях стандарта для ВОЛС скорость передачи была поднята до 2,5 Гбит/с, а расстояние увеличено до 1000 м. В качестве соединителя был принят D-субминиатюрный 9-контактный разъём с 4-мя витыми парами и общим нулевым проводом для привязки к дифференциальным сигналам. Фото разъёма:
Раскладка контактов разъёма:
Назначение сигналов: Din+/- - принимаемые данные уровня LVDS
Dout+/- - передаваемые данные
Sin+/- - принимаемый строб синхронизации
Sout+/- - передаваемый строб синхронизации
Я не хочу углубляться в теорию, описывать уровни модели OSI и т.п. Моя задача другая - популяризовать достижения науки, прошлые и нынешние. Остановлюсь на некоторых особенностях интерфейса.
1. Маршрутизация (очень она мне нравится), это - т.н. "червячная маршрутизация". Вы видели, как дождевые червяки ползают под лопатой на грядке? Никому из них и в голову не придёт таранить или тормозить коллегу на дороге, не автолюбители. Они ищут другой путь, пока не доберутся до цели, но после этого всё тело червяка проползает вслед за его головой без опаски. Так и в нашем случае - голова пакета ищет цель, ища свободный путь. Естественно, путей в маршрутизаторе должно быть больше, чем абонентов (узлов). После этого начинается передача пакета (это я уже про канал), при этом не имеет значения ни длина пакета, ни скорость его передачи, ни желания других абонентов - прервать передачу могут только два узла - участника транзакции, по инициативе любого из них. Это объяснимо - представьте: космический корабль пристыковывается к МКС, идёт трансляция на экраны космонавтов, и вдруг - прерывается другой программой - нонсенс!
2. Длина пакета. Она ни чем не ограничена (как и длина червяка). Представьте: самолёт взлетает - срабатывают концевики передней стойки шасси - включается аппаратура 2-го класса (что за АЗС) - включается головка ОЭС (оптико-электронная система) - длится полёт несколько часов - приземление. И вот всё это время передаётся один (!) пакет.
3. Скорость передачи. Здесь всё просто, она ничем не ограничена. Минимальная скорость ограничена синхронизацией интерфейса (он синхронный) - 2 Мбит/с, максимальная скорость - технической возможностью, я имел дело только с 400 Мбит/с, но ужЕ слышал и о 2,5 Гбит/с.
Теперь об аппаратных средствах. У и нас (в России) этим стандартом занимаются несколько предприятий. Первое - АО "ЭЛВИС", второе - ГУАП, третье - НПП "Цифровые решения", ИНЭУМ и др. Вот некоторые из них:
Я (безобразие - какое Я - МЫ) поработал с фирмой ЭЛВИС - отладочным комплектом:
Конечно, удобнее работать с привычным аппаратным окружением. Для этого многими фирмами были разработаны различные преобразователи (они же - мосты, они же - переходники) интерфейса Space Wire в другие, более привычные - Ethernet, USB, PCI, IDE, PMC и др.
Вот, пожалуй, и всё, что я хотел вам рассказать про новый интерфейс - Space Wire, вообще-то, в англоязычной транскриптике он пишется слитно, учтите при поиске. Ну, а кто заинтересовался, делаю ссылку на научную статью, где есть более подробная информация:
Журнал ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 5/2006, там вы найдёте ссылки на более поздние источники.
Конечно, возникает вопрос: а при чём тут земля? Ну, космос - космосом, а как на земле? Так вот, все слыхали про космические технологии? - вчера - в космосе, а завтра - в квартире.
Подписывайтесь на мой канал, я ещё много чего интересного расскажу, ну и ставьте лайки для поддержки.
До встречи.
