Разработка модели бортового комплекса управления с применением концепции системы на кристалле

Решетневские чтения

доизмененной форме применяется для мажоритиро-вания управляющих сигналов.

Еще одним распространенным, простым в реализации и не требующим больших материальных затрат способом обеспечения отказоустойчивости является помехозащищенное кодирование (многочисленные способы физической защиты информационных трактов от помех здесь не рассматриваются). Множество кодов, позволяющих обеспечить помехозащищенность путем введения информационной избыточности в информационный поток, уже разработаны и успешно эксплуатируются в различных отраслях техники. Суть работы большинства корректирующих (способных исправлять ошибки при передаче) кодов состоит в том, что часть из возможных комбинаций символов передаваемого слова считается запрещенной, и в случае, если при передаче по каналу связи переданная комбинация символов перешла в разряд запрещенных, то это означает, что во время передачи информация была искажена. Далее, по определенному правилу возможно обнаружить в каком из символов произошла ошибка, и исправить ее. Один из самых распространенных корректирующих кодов - это код Хэм-

минга. Он позволяет обнаружить и исправить одиночную ошибку, а его модификация - расширенный код Хэмминга - обнаружить и исправить одиночную и обнаружить двойную ошибку.

В ходе работы были созданы кодирующий и декодирующий элементы. Кодирующий элемент способен принимать трехбитовый вектор и кодировать его расширенным кодом Хемминга. Декодирующий элемент, принимая на свой вход 7 бит, декодирует их, одновременно исправляя одиночную ошибку, если она произошла, и обнаруживая двойную, в соответствии с правилами, описанными кодом Хемминга. Реализация для столь небольшого объема данных может не найти практического применения, однако эти компоненты могут быть и будут легко адаптированы для работы с битовыми векторами произвольной длинны.

Все исходные коды компонентов открыты для изучения и внесения изменений. Это делает предельно простым приспособление функциональности компонентов для применения в конкретных системах, а также делает их прекрасным наглядным пособием для изучения принципов мажоритирования и помехоустойчивого кодирования.

V. V. Butorov, D. A. Nikitin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT OF THE FAULT-TOLERANT CELL PRODUCTS CONTROL SYSTEMS WITH THE USE OF VHDL LANGUAGE

The development of hardware elements that are created in description language of the integrated circuits VHDL architecture, designed to majorization of control signals with the help of advanced algorithms, as well as hardware components designed for use in devices for noise-memory operation, is described.

© Буторов В. В., Никитин Д. А., 2010

УДК 004.318

М. Ю. Вергазов, С. А. Чекмарев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМЫ НА КРИСТАЛЛЕ

Описана разработанная модель бортового комплекса управления (БКУ). Рассмотрены составляющие БКУ, процесс компиляции проекта, формирование файла прошивки. Указаны средства разработки прототипа БКУ, а также приведены принципы взаимодействия запрограммированных интерфейсов друг с другом и внешними устройствами.

Концепция «система на кристалле» (СнК) представляется наиболее эффективным на сегодняшний день способом разработки цифровых и цифро-аналоговых устройств. Одной из наиболее заметных ее особенностей является возможность использования го-

товых аппаратных решений в виде базовых блоков (IP-блоков; IP - intellectual property - интеллектуальная собственность) [1]. Благодаря концепции СнК можно проектировать сложные, надежные современные с низким энергопотреблением бортовые комплексы.

*Работа выполнена в рамках реализации ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы, ГК П1032 от 27 мая 2010 г.

Методы и средства защиты информации

Благодаря наличию большого количества бесплатных, открытых и свободно распространяемых IP-блоков описанный подход получил широкое распространение. В частности, для разработки модели бортового комплекса управления была использована библиотека GRLIB [3], разработанная и распространяемая фирмой «Gaisler Research». Данная библиотека представляет собой набор IP-блоков. Из них можно составить готовые решения, платформы, позволяющие разработчику сосредоточиться на решении поставленной задачи. Однако многие решения, критичные для некоторых отраслей, закрыты и предполагают приобретение коммерческой лицензии [4]. Поэтому написание и использование собственных IP-блоков является неотъемлемой частью процесса разработки.

В модели БКУ применяется процессорное ядро LEON3 - 32-разрядный процессор с архитектурой SPARC V.8 (Scalable Processor Architecture). Взаимодействие процессора с остальными устройствами БКУ осуществляется по шине AMBA - универсальной шине, пригодной для использования с процессорными ядрами различных архитектур [2, 5]. Внешняя память может быть подключена к системе через контроллер памяти.

Осуществляется поддержка интерфейсов ETHERNET, JTAG, DSU, RS232, SPACEWIRE через БКУ, которые взаимодействуют с периферийными устройствами. В частности, SPACEWIRE, работа которого регламентируется стандартом ECSS-E-ST-50-12C [6] Европейского космического агентства, позволяет создавать высокоскоростные (в зависимости от длины кабеля и количества интерфейсов - до 400, 800, 1600 и более Мбит/с) и надежные сети передачи информации, пригодные для применения даже в суровых условиях на борту космических аппаратов.

В процессе разработки проекта для отладки и тестирования был использован комплекс GR-RASTA (Aeroflex-Gaisler) [7]. Он представляет собой платформу для проектирования систем на кристалле. В данном комплексе используется отладочная плата

GR-CPCI-XC4V на базе ПЛИС Xilinx Virtex 4. В соответствии с ПЛИС была выбрана и среда разработки -Xilinx ISE.

БКУ работает под управлением многозадачной операционной системы RTEMS, являющейся надежным, отказоустойчивым решением из семейства операционных систем UNIX. С ее помощью осуществляется взаимодействие с внутренними и периферийными устройствами.

С использованием среды Xilinx ISE был сформирован файл конфигурации объемом более 2 Мб и создана ПЛИС GR-CPCI-XC4V. Связь ПЛИС с персональным компьютером осуществляется через RS232 интерфейс. Функционирование SPACEWIRE интерфейса было проверено посредством подключения к комплексу GR-SPWRTC (Aeroflex-Gaisler) и выполнения специальной тестирующей программы, загруженной в память БКУ.

Библиографические ссылки

1. Немудров В. Г., Мартин Г. Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие. М. : Техносфера, 2004.

2. Суворова Е. А., Шейнин Ю. Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. CM. : БХВ-Петербург, 2003.

3. Gaisler J., Catovic E., Isomaki M. et al. GRLIB IP Core User's Manual Version 1.0.16 // Gaisler Research. 2009.

4. Gaisler J., Habinc S., Catovic E. GRLIB IP Library User's Manual Version 1.0.16 // Gaisler Research. 2009. P. 78.

5. Weaver D., Germond T. The SPARC Architecture Manual. Version 8 // SPARC International. Inc. 2009.

6. ECSS Secretariat, ESA-ESTEC, Requirements & Standarts Division, ECSS-E-ST-50-12C. Noordwijk. The Netherlands, 2008.

7. Gaisler J., Habinc S. GR-RASTA Board User Manual, GAISLER RESEARCH // PENDER ELECTRONIC DESIGN. 2009. P. 17.

M. U. Vergazov, S. A. Chekmaryov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnyov, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT OF ONBOARD COMPUTING UNIT MODEL USING SYSTEM ON CHIP CONCEPT

This research is dedicated to the developed model of onboard computing unit (OCU). The parts of OCU as well as the compilation process and creating of the firmware file are superficially described here. Also you can find there the information about the software used, principles of the interconnection of the OCU parts inside the device and with external devices through its interfaces.

© Вергазов М. to., ^eKMapeB C. A., 2010