Concepção do On-Board Data Handling com Sensor Inercial para Aplicações Espaciais

1. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Engenharia – Faculdade de Informática Concepção do On-Board Data Handling com Sensor Inercial para Aplicações Espaciais Orientador: Prof. Dr. Eduardo Augusto Bezerra Autores: Cristiano Garré Ferreira Felipe Augusto da Silva Paulo Ricardo Cechelero Villa

2. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

3. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

4. Introdução • Visão Geral • Desenvolvimento da tecnologia espacial • Diversidade de funções dos satélites • Navegação, Observação, Comunicação, ... • Posição do Brasil no cenário mundial

5. Introdução • Motivação • Aplicações Espaciais / Microeletrônica / Sistemas de Tempo Real / Arquitetura de Computadores • Agenda de lançamento de satélites nacionais • Reconhecida importância de projetos na área espacial para avanços da tecnologia como um todo

6. Introdução • Objetivos • Modelo básico para gerência e manipulação de dados a bordo de um satélite (On-Board Data Handling - OBDH) • Sensores Inerciais • Integração dos componentes de bordo

7. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

8. Trabalhos Relacionados • Chipsat – Centro Espacial Surrey

9. Trabalhos Relacionados • OBDH da empresa LABEN

10. Trabalhos Relacionados • Universidade Técnica IDA - Alemanha

11. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

12. Projeto PUC#SAT • Plataforma Multi-Missão (PMM) • Programa Uniespaço (AEB) – 2005/2009 • Subsistema de Comunicação – UTMC

13. Projeto PUC#SAT

14. Projeto PUC#SAT • Subsistema de Comunicação • Telecomando • Telemetria VeículoEspacial Telecomando Telemetria EstaçãoTerrestre

15. Projeto PUC#SAT • OBDH • Sensores • OBC • Manipulação de Dados • Gerenciamento da Comunicação

16. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

17. Arquitetura Proposta de OBDH • Visão Geral

18. Arquitetura Proposta de OBDH • Processador • LEON3 - descrição VHDL sintetizável de um processador de 32-bits. Atributos: • Conjunto de instruções do SPARC V8; • Cache de instruções e de dados separadas (Arquitetura Harvard); • AMBA-2.0 AHB bus interface; • Suporte a on-chip debug;

19. Arquitetura Proposta de OBDH • Processador • Processador embarcado em FPGA Virtex II na placa de desenvolvimento Xilinx XUP V2-Pro. • Escolha levou em consideração o aconselhamento dos Engenheiros do INPE.

20. Arquitetura Proposta de OBDH • Sistema Operacional • RTEMS – SO de tempo real para sistemas embarcados. • Amplamente utilizado em aplicações espaciais, pois dá suporte a vários microprocessadores. • É utilizado em conjunto com o LEON3 em missões da Agência Espacial Européia.

21. Arquitetura Proposta de OBDH

22. Arquitetura Proposta de OBDH • Microcontroladores • Conversor AD/DA MSC1213 • Texas Instruments • Arquitetura 8051 • Recursos • LEDs • RS-232C • Pinos de Uso Geral • Compilador para linguagem C • SDCC

23. Arquitetura Proposta de OBDH • Acelerômetros • ADIS16201 • Giroscópios • ADIS16250 • Analog Devices • Encapsulamento LGA • Interface de Comunicação SPI • Acesso por Registradores

24. Arquitetura Proposta de OBDH

25. Arquitetura Proposta de OBDH • Painel de Instrumentos • 8 LEDs para Visualizar o TC • Buzzer para Sonorizar um Alarme

26. Arquitetura Proposta de OBDH

27. Arquitetura Proposta de OBDH • Subsistema de Comunicação • UTMC • Comunicação Estação Terrestre/OBDH • FPGA Actel ProASIC3E • ESE • Estação Terrestre • Hardware • LabVIEW

28. Arquitetura Proposta de OBDH

29. Arquitetura Proposta de OBDH

30. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

31. Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Estudo das Tecnologias • Arquitetura Satélites • Sensoriamento de Satélites • Técnicas de Desenvolvimento em SoC • Protocolos de Comunicação • Arquitetura de OBDH

32. Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Atividades de Implementação • Síntese LEON3 • Desenvolvimento código fonte OBDH • Placas e Soldagem Sensores Inerciais • Comunicação com Sensores • Painel de Instrumentos • Integração OBDH e Periféricos • Modificações UTMC e ESE • Integração Sistema Completo • Visualização Gráfica de Inclinação

33. Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Requesitos • GRLIB – Biblioteca de IPs LEON3 • RCC – Compilador Cruzado RTEMS • GRMON – Monitor de Testes • SDCC – Compilador Cruzado para Microcontroladores • LabView – Interface com Hardware do ESE

34. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

35. Implementação dos Módulos do Sistema • Síntese LEON3 • Configuração GRLIB • Port Map novas UARTs • Barramento AMBA • Arquivo de Configuração • Pinos de Expansão

36. Implementação dos Módulos do Sistema • Desenvolvimento código fonte OBDH • Plataforma de Desenvolvimento • Tarefas OBDH

37. Implementação dos Módulos do Sistema • Tarefas RTEMS

38. Implementação dos Módulos do Sistema • Placas e Soldagem Sensores Inerciais • Layout de Placas • OrCAD • Adaptação de Footprints • Soldagem de Componentes

39. Implementação dos Módulos do Sistema • Comunicação com Sensores • Codificação do Protocolo SPI • Painel de Instrumentos • Leitura Serial e Execução de Comandos

40. Implementação dos Módulos do Sistema • Integração OBDH e Periféricos • Comunicação Serial RS-232C • PC como Subsistema de Comunicação

41. Implementação dos Módulos do Sistema • Modificações UTMC e ESE • Serial Assíncrona • Protocolo de Comunicação • Modificações LabView • Integração Sistema Completo

42. Implementação dos Módulos do Sistema • Visualização Gráfica de Inclinação

43. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

44. Resultados Obtidos • Protótipo do OBDH Simplificado • SoC + Sistema Operacional • Software • Periféricos Inerciais • Integração com um Subsistema de Comunicação Real • Reconhecimento do INPE

45. Agenda • Introdução • Trabalhos Relacionados • Projeto PUC#SAT • Arquitetura Proposta de OBDH • Metodologia de Projeto e Desenvolvimento • Implementação dos Módulos do Sistema • Resultados Obtidos • Conclusão e Trabalhos Futuros

46. Conclusões e Trabalhos Futuros • O trabalho abrangeu grande parte dos conceitos do curso de Engenharia de Computação • Conhecimento adquirido / Especialização • Dificuldades Encontradas

47. Conclusões e Trabalhos Futuros • Continuação da Implementação do OBDH • Algoritmos de Controle de Atitude e Órbita (AOC) • Técnicas de Confiabilidade de Hardware e Software