First-MOVE OBDH System und Core Functions Board

First-MOVE OBDH System und Core Functions Board

First-MOVE OBDH 96x96x30mm³ Masse ca. 168g Aufgesetztes Kameramodul 2 Tochterboards (Latch-up Protection und Hard- Command Unit) Heatsinks (radiation shields) OS und Missionssoftware selbst entwickelt Pull-Pin Switches Batterieladebuchse Programming/Test Interface Extrem spezifische Einzellösung für den First-MOVE Satelliten 2

First-MOVE OBDH Basiert auf MC Atmel AT91SAM9260 (210MIPS @190MHz) 512kB MRAM 256mB SDRAM 128mB Flash Lup Protection und Hard Command Unit auf Tochterboards Leistungsaufnahme 200mW - 1,4W (mit LUP und HCU) Externes Programmier Interface Verschiedene Interfaces (siehe Bild) Kompatibel mit CubeSat Kit, Clyde Space EPS und ISIS TRX (PC104 Stecker) 3

Erfahrung aus First-MOVE Idee eines Core Functions Board für alle kommende Missionen Missionen haben verschiedene Ansprüche an das OBDH System Deshalb gibt es kein Standardsystem, sondern dieses wird jeweils neu entwickelt. Selbst in der Entwicklung eines missionsspezifischen OBDH-Systems verändert sich dieses mehrfach leicht, was stets in neue Modelle resultiert (siehe Grafik). First-MOVE OBDH Breadboard 1 Breadboard 2 Breadboard 3 Engineering Model Flight Model Solution Spaces MOVE-on OBDH Breadboard Engineering Model Flight Model Aufgrund der Schwierigkeit und Komplexität in den Kernfunktionen (Speicher, MC etc.) hat es bei First-MOVE leider drei Anläufe (und ca. 1 Jahr) gebraucht, bevor überhaupt ein annähernd lauffähiges Breadboardmodell für erste Tests verfügbar war. Core Functions MC, Memories Power Supply, Oscillators, Pullup/down Resistors etc. Jedes neue Modell ist mit hohen Kosten (z.b. 6-layer PCB ca. 600 ), hohem Fehlerrisiko und Aufwand (Bestückung ca. 40h) verbunden. Ein universell einsetzbares, modulares Kernsystem reduziert den Aufwand für neue Systeme oder Versionen sowie Fehleranfälligkeiten auf ein Minimum. Terrestrial Application Model 1 Model 2 Prototype 4

Core Functions Board Status: Prototypen getestet, mehrere Boards in der Fertigung Basierend auf den Erfahrungen aus First-MOVE wurde ein universell verwendbares Kernsystem am LRT entwickelt. Das kleine Board basiert auf dem neuen Microcontroller AT91SAM9G20 (400MHz) bzw. alternativ SAM9260, und besitzt eine modulare Speicherkonfiguration (mit MRAM speziell für Raumfahrtanwendungen), Oszillatoren, die komplette Beschaltung der Komponenten und Interfaces (Filterkondensatoren, Pull-up/down Widerstände etc.) sowie einfach verwendbare Schnittstellen (z.b. Pinreihen, Stecker für Programmierung). Das Board kann wie es ist stand-alone verwendet und programmiert werden. Über einen Programmieradapter, der über ein Kabel verbunden wird, bezieht es Strom, und kann über USB, JTAG und Debug Schnittstellen direkt mit einem PC programmiert und ausgelesen werden schneller Einstieg in die Entwicklungsarbeit Auf standardisierten Pinreihen (Rastermaß 2mm) bietet es eine Vielzahl an standardisierten Interfaces (z.b. Ethernet, USB Device und Host, I²C, SPI, UART etc.) Leistungsaufnahme ca. 150mW - 2W Das Board wird am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik für alle Anwendungen, also zukünftige CubeSat Missionen, aber auch für Rexus-Höhenforschungsraketen- Experimente oder als Steuerrechner für Pointing- und ACS-Anwendungen verwendet. 5

Core Functions Board Schematics 6

Core Functions Board Complete Interface 7

Verwendung Für ein schnell verfügbares erstes Breadboard eines kompletten OBDH Systems kann das Core Functions Board auf ein einfaches Interfaceboard aufgesteckt werden, auf dem missions-spezifische Funktionen/Interfaces ausgeführt sind. Das Core Functions Board misst nur 45x65mm OBDH Breadboards mit Interfaceboard und aufgestecktem Core Functions Board können klein genug implementiert werden um in einem CubeSat getestet zu werden. Wenn die Gesamtkonfiguration ausreichend getestet ist, werden Core Functions Board und missions-spezifische Komponenten auf einer gemeinsamen Platine integriert. Bei Änderungen in frühen Entwicklungsphasen muss jeweils nur das Interfaceboard (2-layer PCB ca. 40 ) ausgetauscht werden, nicht das komplette OBDH System (6-layer PCB ca. 600 ) 8

Bestückungsoptionen für das Core Functions Board Das neue Core Functions Board bietet je nach Bedarf verschiedene Bestückungsoptionen, z.b. AT91SAM9260 (210MIPS @ 190MHz) in LFBGA/PQFP package oder AT91SAM9G20 (440 MIPS @ 400 MHz) 256Mbit SDRAM (16Mbit x 16) oder 512Mbit (16Mbit x 32) Flash optional bis 4Gbit (512Mbit x 8) MRAM optional bis 4Mbit (256Kbit x 16) Des Weiteren sind viele Pins optional verwendbar, z.b. können die Image Sensor Interface Pins auf der Unterseite bestückt auch als Standard-IOs verwendet werden AT91SAM9G20 LFBGA AT91SAM9260 PQFP 9

Softwareoptionen Für das Core Function Board stehen zahlreiche Softwareoptionen zur Verfügung, welche einen instantanen Einstieg in die Entwicklungsarbeiten ermöglichen: Atmel Software (siehe http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=4337) Linux Am LRT entwickeltes Betriebssystem für MOVE, basierend auf eigenentwickeltem Scheduler und Bibliotheken + Sehr kleines Betriebssystem, passt in den strahlungstoleranten MRAM Speicher + Speziell in Sachen Robustheit auf die Raumfahrtanwendung ausgelegt, z.b. Single Event resistenter Boot-Code durch spezielles Error Correction Scheme (siehe Grafik) etc.