Σχεδίαση οδηγού ενσωματωμένης κάμερας σε νανοδορυφόρο
Creators: name: Μαρκόπουλος, Φώτιος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Οδηγός
Κάμερα
Ενσωματωμένα συστήματα
Driver
Camera
Embedded systems

description: Η σχεδίαση και ανάπτυξη δορυφόρων με σκοπό την εκτέλεση επιστημονικών πειραμάτων λαμβάνει όλο και μεγαλύτερη έκταση στον 21ο αιώνα. Ένα έργο που συμμετέχει σε αυτή την κατηγορία είναι και το «AcubeSat» project, ο νανοδορυφόρος που αναπτύσσεται από την φοιτητική ομάδα «SpaceDot» του Α.Π.Θ. και που αποσκοπεί στην εκτέλεση ενός συνόλου ερευνητικών βιολογικών πειραμάτων σε σακχαρομύκητες υπό τροχιά (Low Earth Orbit). Μέρος του εξοπλισμού που θα φέρει ο νανοδορυφόρος είναι μία «machine vision» κάμερα που θα φωτογραφίζει το βιολογικό υλικό κατά τις φάσεις των πειραμάτων. Η πρόκληση που έρχεται να αντιμετωπίσει η διπλωματική αυτή εργασία είναι η δημιουργία του (software) οδηγού της (USB) κάμερας, που θα εκτελείται εντός του ενσωματωμένου ARM μικροελεγκτή σε λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου. Η σχεδίαση του οδηγού εφαρμόζει μεθόδους αντίστροφης μηχανικής και παράγει κώδικα με γνώμονα την αποδοτικότητα, την ελάχιστη χρήση πόρων και την φορητότητα σε μελλοντικά projects αντίστοιχης αρχιτεκτονικής μικροελεγκτή. Στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας, γίνεται ανάλυση των προδιαγραφών σχεδίασης του οδηγού και του προτύπου «USB3 Vision» (που χρησιμοποιείται από την κάμερα), παρουσιάζεται επίσης η χρήση της αντίστροφης μηχανικής και της αρχιτεκτονικής σχεδίασης του κώδικα και τέλος περιγράφεται η μέθοδος επαλήθευσης της λειτουργικότητας του οδηγού. Αυτή η εργασία εκπληρώνει μία βασική λειτουργία της αποστολής του «AcubeSat», εφαρμόζοντας μία εφικτή προσέγγιση που θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση παρόμοιων προκλήσεων σε σχετικές εφαρμογές.
description: The design and development of space satellites for scientific research is gradually gaining ground in the 21st century. A new project that joins this category is the “AcubeSat” project, the nanosatellite developed by the “SpaceDot” student team of A.U.Th., which is intended to perform a set of biological research experiments on saccharomyces while being in “LEO” (Low Earth Orbit). A part of the equipment that will be loaded on the nanosatellite is a “machine vision” camera that will be used to take photos of the biological material during the experiment phases. The challenge that this thesis aims to overcome is the creation of the software driver for this (USB) camera, which will be integrated inside the embedded ARM microcontroller’s real-time operating system. The driver design makes use of reverse engineering methods, while attempting to produce efficient code with minimal resource usage, yet portable in a way that can be easily ported in future projects with a similar microcontroller architecture. In the context of this thesis, the design specifications of the driver and the “USB3 Vision” standard (used by the camera) are analyzed, also the reverse engineering steps and code architecture design are presented and finally the driver functionality verification methods are described. This work fulfills an essential functionality of the “AcubeSat’s” mission, while applying a feasible approach that could potentially be used to face similar challenges in relative applications.