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きみとしとこたに
5 years ago
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1 宇宙用信号処理通信システム I 穀山渉東京大学理学系研究科物理学専攻 (c) JAXA/SELENE DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

2 目次本講演では現在開発が進んでいる宇宙機用信号処理通信システムである SpaceWire/SpaceCube の概要とその実証ミッション SWIM についてお話しします宇宙機器間通信規格 SpaceWire SpaceWire とは何か上位プロトコル RMAP 宇宙機搭載用コンピュータ SpaceCubeII ミッション機器 DAQ の開発方法実証ミッション SWIM とその現状まとめ DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

3 宇宙機器間通信規格 SpaceWire SpaceWire とは何か上位プロトコル RMAP 宇宙機搭載用コンピュータ SpaceCubeII ミッション機器 DAQ の開発方法実証ミッション SWIM とその現状まとめ東大牧島研湯浅孝行氏のスライドを参考にさせていただきました DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

4 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (1) 背景衛星 : 宇宙という特殊な環境に置かれる機器小型軽量低消費電力耐振動性耐故障性高信頼性真空対応耐温度環境耐放射線自律動作細いダウンリンクこれらすべてを同時に満たさねばならないほとんどの衛星機器は少量生産品利用可能な部品種も少ないトラブル発生時修理するわけにはいかない開発のたびに入念な試験と調整が必要膨大な手間と時間 (= 費用 ) 再利用性にも問題 DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

5 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (2) 背景 (2) 衛星コンポーネント間には熱的接触機械的接触電源の接続通信系の接続がある通信系の共通規格化でかなり簡素化が図れる USB を挿すと周辺機器が動く S-ATA と電源で PC に HDD を追加できるのイメージ DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

400Mbpsで機器ごとに可変上り / 下りの非対称速度もOK Ethernet ではできない

6 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (3) SpaceWire LVDS Data-Strobe Encoding 方式のシリアルリンク Peer-to-Peer 通信 Full-Duplex 最大 400Mbpsで機器ごとに可変上り / 下りの非対称速度もOK Ethernet ではできない自由なネットワークトポロジー冗長性の向上リング型バルク接続 DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

宇宙機器間通信規格 SpaceWire (3) SpaceWire 開発体制日本では

の開発を中心としている SpaceCube2 SpaceCube1 SpaceCube

7 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (3) SpaceWire 開発体制日本では SpaceWire ユーザー会が立ち上げられている ( 主査高橋先生 (JAXA/ISAS) 能町先生( 大阪大学 ) ) JAXA ESA NASA RosCOSMOS などの各国宇宙機関が共同で開発と標準化を進めている日本は標準アーキテクチャの確立や基本となる宇宙用 SpW 機能部品の開発を中心としている SpaceCube2 SpaceCube1 SpaceCube Architecture SpaceWire Interface Board etc.. DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

8 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (4) Application ( 予定も含む ) TOPS NeXT(X γ 線天文学 ) 小型科学衛星標準バス DECIGO Pathfinder もこの小型科学衛星としての打ち上げを目指している Mars Express (ESA, 2003-) Beppi Colombo ( 水星探査 ) Image: ESA JAXA DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

9 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (5) RMAP (Remote Memory Access Protocol) 簡便なデータ通信プロトコル FPGA でも実装可能検出器側には FPGA がいてデータを生成ハンドリングしているコンピュータ側は RMAP を用いて FPGA に対しデータを受信 / 送信 Read() Write() 関数を呼ぶだけ制御コンピュータ側検出器側センサなど CPU がいる FPGA がいる DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

10 宇宙機器間通信規格 SpaceWire (6) SpaceCubeII : SpaceWire I/F を搭載した宇宙仕様コンピュータ SpaceCube2 高橋先生スライドより SpaceCube 地上試験 / 開発用 SpW を 3 ポート装備リアルタイム OS T-Kernel シマフジ電機 ( 株 ) 製 5 センチ角の超小型 PC 市販品 DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

11 宇宙機器間通信規格 SpaceWire SpaceWire とは何か上位プロトコル RMAP 宇宙機搭載用コンピュータ SpaceCubeII ミッション機器 DAQ の開発方法実証ミッション SWIM とその現状まとめ DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

FPGA 内のユーザーモジュールを書く (VHDL) 石徹白氏講演参照 SpaceWire 市販品市販品試作品

12 ミッション機器 DAQ の開発方法 (1) ミッション機器 DAQ の開発サイクル : SWIM( 後述 ) の例 1. プロトタイプモデルコンピュータ側 SpaceCube 上のプログラムを書く (C/C++) センサー側 FPGA 内のユーザーモジュールを書く (VHDL) 石徹白氏講演参照 SpaceWire 市販品市販品試作品この段階でおおまかなソフトウェア開発を行う DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

13 ミッション機器 DAQ の開発方法 (2) 2. 地上試験モデルコンピュータ側開発したソフトを SpaceCubeII 試験品に書き込む ICE デバッガが使用可能センサー側開発したモジュールを書き込みセンサの動作を地上試験する SpaceWire 実機と同等品実機と同等品 3. 実機に展開動作試験環境試験などを行う SpW DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

14 宇宙機器間通信規格 SpaceWire SpaceWire とは何か上位プロトコル RMAP 宇宙機搭載用コンピュータ SpaceCubeII ミッション機器 DAQ の開発方法実証ミッション SWIM とその現状まとめ DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

実証ミッション SWIM とその現状 (1) SWIM の目的と概要 2008 年度打ち上げ

70 70 60 cm 重量 : 約 100kg 小型衛星 SDS-1 SpaceWire

SpaceCube II センサ部 ( 重力波検出器 SWIMμν MHI モジュール )

15 実証ミッション SWIM とその現状 (1) SWIM の目的と概要 2008 年度打ち上げ GOSAT のピギーバック小型実証衛星 SDS-1 高度 670km 太陽同期軌道サイズ : cm 重量 : 約 100kg 小型衛星 SDS-1 SpaceWire Interface demonstration Module (SWIM) 構成 : SpaceCube II センサ部 ( 重力波検出器 SWIMμν MHI モジュール ) 目的 : 新しい宇宙機用通信規格 SpaceWire の実証ローコスト高速高信頼性柔軟なネットワークトポロジー高いスケーラビリティをもつ宇宙機用シリアル通信規格 NeXTやMMO 小型衛星標準バスで採用予定 DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

実証ミッション SWIM とその現状 (2) 開発の現状 CPU FPGA SpW SpaceCubeII

品完成動作試験完了 SpaceWire 速度 ~1Mbps を確保 FM 品完成試験完了 FM 品完成

全体での環境試験中 4/14 より 24 時間態勢で熱真空試験中 (@ 宇宙研 ) ~ 4/20 頃まで

16 実証ミッション SWIM とその現状 (2) 開発の現状 CPU FPGA SpW SpaceCubeII 試験品デジタルエレキアナログエレキアンテナモジュール ( マスセンサコイル ) 現状 FM 品完成動作試験完了 SpaceWire 速度 ~1Mbps を確保 FM 品完成試験完了 FM 品完成試験完了結合しての動作確認完了 FM 品完成試験完了 SpaceCube2 とセンサ部を結合全体での環境試験中 4/14 より 24 時間態勢で熱真空試験中 (@ 宇宙研 ) ~ 4/20 頃まで今後環境試験終了後 SDS-1 衛星側へ引渡し DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

17 宇宙機器間通信規格 SpaceWire SpaceWire とは何か上位プロトコル RMAP 宇宙機搭載用コンピュータ SpaceCubeII ミッション機器 DAQ の開発方法実証ミッション SWIM とその現状まとめ DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

18 まとめ SpaceWire とは次世代の衛星機器間通信規格世界的に開発利用が進んでいる開発工程の簡素化トラブルリスク時間費用の低減よりミッションに集中できる SpaceCube とは SpW I/F を備えた小型コンピュータ宇宙仕様品 SpaceCube 2 が完成している検出器を開発するユーザー側はアプリケーションを開発するだけ ( テンプレートも存在 ) 2008 年度打ち上げ予定 SWIM によって宇宙での動作を実証するねじれ型重力波検出器を動作させ観測する DECIGO Workshop NAOJ Apr. 16,

PowerPoint Presentation

PowerPoint Presentation SWIM の現状環境試験と Lessons Learned - 穀山渉坪野研究室 M2 WEB 公開版 (c) JAXA/SELENE 重力波研究交流会 2008 年 8 月 1 日東京大学本郷 1 はじめに : 今回の発表の目的超小型重力波検出器 SWIMμν SWIMμν の目的特徴衛星の振動環境を高精度で測定できる DECIGO Pathfinder のさらに前のステップ 08 春の物理学会スライドより