Entwickler von Raumfahrtelektronik nutzen strahlungstolerante (RT; Radiation-Tolerant) Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), um hohe Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Energieeffizienz und umfassende Sicherheit bei neuen Risiken im Weltraum zu gewährleisten.
Um noch einen Schritt weiterzugehen und eine schnelle, kostengünstige Softwareanpassung zu ermöglichen, bietet Microchip Technology (Nasdaq: MCHP) jetzt die RT PolarFire System-on-Chip (SoC) FPGAs an. Sie basieren auf dem RT PolarFire FPGA von Microchip und stellen das erste echtzeitfähige Linux-fähige, RISC-V-basierte Mikroprozessor-Subsystem auf einer einsatzerprobten RT PolarFire FPGA-Fabric dar.
Lösungen für die thermischen Umgebungen im Weltraum
Entwickler können nun mit dem Design auf dem kommerziell erhältlichen PolarFire SoC (MPFS460) und den Libero-SoC-Entwicklungstools beginnen. Zusammen mit dem Mi-V-Ökosystem von Microchip, den PolarFire SoC-Stacks, dem PolarFire SoC Icicle Kit oder dem PolarFire SoC Smart Embedded Vision Kit lassen sich Lösungen mit geringerem Stromverbrauch für die anspruchsvollen thermischen Umgebungen im Weltraum bereits heute entwickeln.
Sicherheitskritische Systeme, Steuerungssysteme, Raumfahrt- und Sicherheitsanwendungen benötigen die Flexibilität des Linux-Betriebssystems (OS) und den Determinismus von Echtzeitsystemen zur Steuerung der Hardware. RT PolarFire SoC-FPGAs verfügen über einen Linux-fähigen Multi-Core-Prozessor, der mit dem Speichersubsystem kohärent ist.
Die Bausteine ermöglichen zentrale Satellitenverarbeitungsfunktionen, die denen von Einplatinencomputern (SBCs) ähneln, die in der Raumfahrtindustrie für die Befehls- und Datenverarbeitung, in der Plattform-Avionik und in der Nutzlaststeuerung üblich sind. Mit den SoCs lassen sich hochintegrierte Designs flexibel umsetzen sowie Funktionen bei gleichzeitiger Verbesserung von Größe, Gewicht und Stromverbrauch anpassen und weiterentwickeln.
Den Stromverbrauch um bis zu 50 Prozent senken
Im Weltraum eingesetzte Systeme sind starker Strahlung ausgesetzt, was ein Design erfordert, das Schutz vor allen möglichen strahlungsbedingten Störungen bietet. Im Gegensatz zu SRAM-FPGAs sind RT PolarFire SoCs auf keinerlei Störungen des Konfigurationsspeichers durch Strahlung ausgelegt, was einen externen Scrubber erübrigt und die Gesamtsystemkosten senkt.
Satelliten sind darauf ausgelegt, Spitzen- als auch Durchschnittsleistung zu liefern und Wärme über leitende Pfade, insbesondere Metall, abzuleiten. Der Einsatz eines SoC-FPGA, das den Stromverbrauch um bis zu 50 Prozent senken kann, vereinfacht das gesamte Satellitendesign und ermöglicht Entwicklern, sich auf die eigentliche Aufgabe zu konzentrieren.
Bruce Weyer, Corporate Vice President der FPGA Business Unit bei Microchip, dazu: „Mit einem Design-Ökosystem für unseren ersten strahlungstoleranten SoC-FPGA auf RISC-V-Basis sorgen wir für Neuerungen im Markt für Raumfahrt und geben Entwicklern die Möglichkeit, eine völlig neue Klasse energieeffizienter Anwendungen für den Weltraum zu entwickeln. Unsere Kunden können damit auch Luft-/Raumfahrt- und Verteidigungssysteme mit erweiterten Edge-Computing-Funktionen ausstatten.“
Die Markteinführung von Produkten zu beschleunigen
Das Mi-V-Ökosystem von Microchip hilft, die Markteinführung von Produkten zu beschleunigen, indem es Betriebssysteme mit symmetrischem Multiprocessing (SMP) wie Linux, VxWorks, PIKE OS und weitere Echtzeitbetriebssysteme wie RTEMS und Zephyr unterstützt.
Mi-V ist ein Paket aus Tools und Design-Ressourcen, das zusammen mit Drittanbietern entwickelt wurde, um RISC-V-Designs zu unterstützen. Das Mi-V-Ökosystem zielt darauf ab, die Akzeptanz der RISC-V-Befehlssatzarchitektur (ISA) zu erhöhen und das SoC-FPGA-Angebot von Microchip zu unterstützen.
Die RT PolarFire FPGAs haben bereits die Auszeichnung „Qualified Manufacturers List (QML) Class Q“ erhalten, die auf spezifischen Leistungs- und Qualitätsanforderungen der Defense Logistics Agency basiert. Es gibt auch das klare Vorhaben, für diese Serie die Qualifikation nach QML Class V zu erreichen, den höchsten Qualifikationsstandard für Mikroelektronik in der Raumfahrt.
Seit mehr als 60 Jahren unterstützen die Lösungen von Microchip Raumfahrtmissionen. Aufbauend auf einer langen Geschichte als Anbieter zuverlässiger, stromsparender SONOS-, Flash- und Antifuse-basierter FPGAs arbeitet das Unternehmen daran, die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnutzlasten, hochauflösenden Sensoren und Instrumenten sowie einsatzkritischen Systemen für die erdnahe Umlaufbahn, den weiteren Weltraum oder alles dazwischen zu optimieren.
