空間VPX擴(kuò)展嵌入式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)滿足空間的特殊需求

太空飛行器，無論是載人還是無人駕駛，傳統(tǒng)上都依賴于定制的嵌入式計(jì)算系統(tǒng)。由于標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到空間應(yīng)用，因此它們沒有解決太空飛行的關(guān)鍵問題，例如除氣，“錫須”，冗余和堅(jiān)固性。然而，設(shè)計(jì)師和工程師認(rèn)識(shí)到使用完善的、標(biāo)準(zhǔn)化的、開放式架構(gòu)的平臺(tái)來創(chuàng)建一個(gè)多樣化的生態(tài)系統(tǒng)的好處，從而提供更多的選擇、更低的成本和更低的風(fēng)險(xiǎn)。以空間為中心的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的可用性帶來了競爭環(huán)境的優(yōu)勢，降低了開發(fā)成本和更高的可靠性。

使用開放標(biāo)準(zhǔn)意味著不必為新設(shè)計(jì)反復(fù)攀登學(xué)習(xí)曲線。硬件、固件和軟件的重用縮短了設(shè)計(jì)周期并降低了生命周期成本。它還可以讓設(shè)計(jì)人員專注于諸如減小尺寸、重量和功耗（SWaP）等緊迫問題，這始終是空間應(yīng)用中的首要任務(wù)。

可靠性設(shè)計(jì)

空間VPX，也稱為VITA 78，使用VITA 65開放VPX背板標(biāo)準(zhǔn)作為空間系統(tǒng)的基礎(chǔ)。作為下一代空間互連標(biāo)準(zhǔn)（NGSIS）的一部分，空間VPX由VITA 78工作組開發(fā)，通過空間所需的功能增強(qiáng)了VPX標(biāo)準(zhǔn)。因此，空間VPX解決了VPX未涵蓋的對(duì)航天飛行至關(guān)重要的許多問題。

通過冗余配電和對(duì)關(guān)鍵配置信號(hào)的故障檢測實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)故障容限

可根據(jù)需要打開和關(guān)閉電源的備用模塊

支持新功能的系統(tǒng)管理

強(qiáng)大的系統(tǒng)診斷功能

SpaceVPX增加了一個(gè)雙冗余的實(shí)用程序管理模塊和平面來管理新功能。與在OpenVPX中創(chuàng)建的配置文件類似，空間VPX還定義了有效載荷，控制，內(nèi)存和切換的配置文件。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）于2011年啟動(dòng)了NGSIS，正在尋找一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)來托管他們的NGSIS，并來到VITA。他們確定VPX將是一個(gè)可接受的架構(gòu)，并于2012年3月成立了一個(gè)研究小組，成為VITA 78。

在VITA標(biāo)準(zhǔn)組織（VSO）的公共領(lǐng)域之外開發(fā)了稻草人，直到獲得國際武器販運(yùn)條例（ITAR）的許可。VITA 78隨后在2013年初秋過渡到一個(gè)運(yùn)作良好的VITA 78工作組。

VITA 78現(xiàn)在處于發(fā)展的后期階段，最近經(jīng)過了工作組的投票。從那里開始，它將進(jìn)行VSO投票，然后提交ANSI批準(zhǔn)。這一進(jìn)程的時(shí)間框架沒有得到高度管制，因?yàn)檫x票實(shí)際上是征求意見的工具。發(fā)布的時(shí)間范圍可能會(huì)有所不同，具體取決于評(píng)論的數(shù)量和解決評(píng)論所需的時(shí)間。AFRL在多家原始設(shè)備制造商的協(xié)助下領(lǐng)導(dǎo)了這一舉措。

空間VPX連接：超堅(jiān)固

為太空設(shè)計(jì)嵌入式計(jì)算系統(tǒng)需要一種解決方案，該解決方案不僅要能夠承受升空的極端振動(dòng)，還要能夠處理極端溫度、背景輻射和外星旅行的其他惡劣條件。

為空間 VPX 選擇的 TE 連接背板連接器，即多格 RT 2-R 連接器，是 VITA 46 VPX 連接器（多格 RT 2 連接器）的向后兼容變體。MULTIGIG RT 2 連接器是 VITA 46 VPX 的標(biāo)準(zhǔn)，代表了在堅(jiān)固耐用的嵌入式計(jì)算領(lǐng)域向前邁出的一大步，在全球范圍內(nèi)部署了從裝甲車電子學(xué)和直升機(jī)雷達(dá)航空電子設(shè)備到空間應(yīng)用的各種應(yīng)用。模塊化連接器系統(tǒng)具有受保護(hù)的背板連接器，并使用無引腳晶圓設(shè)計(jì)代替引腳觸點(diǎn)，這種方法在商業(yè)應(yīng)用中已得到廣泛認(rèn)可。晶圓可用于差分、單端和功率需求，可輕松修改，以支持客戶對(duì)特性阻抗、傳播延遲和其他電氣參數(shù)的特定需求。盡管晶圓可以根據(jù)特定的電氣需求進(jìn)行“調(diào)諧”，但標(biāo)準(zhǔn)晶圓，例如用于差分信號(hào)的100歐姆晶圓，在大多數(shù)情況下就足夠了。

VITA 46 多組 RT 2 連接器符合 VITA 47 環(huán)境的要求。為了獲得最佳設(shè)計(jì)安全因素，SpaceVPX超越了VITA 47，將增強(qiáng)的環(huán)境性能和設(shè)計(jì)冗余與一致的空間設(shè)計(jì)范式相結(jié)合。相對(duì)于環(huán)境問題，已經(jīng)探索了新的測試水平，以表征超出最嚴(yán)重預(yù)期暴露水平的互連。其中一項(xiàng)公共倡議是VITA 72研究小組。VITA 72小組設(shè)計(jì)了振動(dòng)“酷刑測試”，將6U VPX測試裝置暴露在0.2 g2 / Hz的隨機(jī)振動(dòng)水平下12小時(shí)。為了滿足 VITA 72 的要求，TE 工程師修改了 VITA 46 連接器的觸點(diǎn)系統(tǒng)，以提供四冗余觸點(diǎn)，而不是現(xiàn)有系統(tǒng)的兩個(gè)點(diǎn)。增加冗余點(diǎn)可提高高振動(dòng)環(huán)境中的可靠性。新型 MULTIGIG RT 2-R 連接器使插座觸點(diǎn)和晶圓之間的接觸點(diǎn)加倍，從而使 SpaceVPX 設(shè)計(jì)人員既能訪問龐大且經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的 VPX 生態(tài)系統(tǒng)，又能提供太空飛行應(yīng)用所需的冗余。

除了超堅(jiān)固的設(shè)計(jì)外，MULTIGIG RT 2-R 連接器還具有其他一些功能，使其對(duì)空間應(yīng)用具有吸引力。

多格 RT 2-R 版本是一款非常輕的 VPX 背板連接器。在傳統(tǒng)的背板連接器設(shè)計(jì)中，插入式模塊連接器通常是重的一半，但MULTIGIG連接器的簡約設(shè)計(jì)利用了顯著的氣隙而不是重聚合物。

它符合 NASA 總質(zhì)量損失 （TML） 為 1.0% 的除氣要求，收集的揮發(fā)性可冷凝材料 （CVCM） 小于 0.01%。除氣是固體中捕獲的氣體的釋放，這是一個(gè)問題，因?yàn)闅怏w會(huì)降低衛(wèi)星，熱散熱器或太陽能電池中電荷耦合器件（CCD）傳感器的性能。除氣是創(chuàng)造和維護(hù)清潔、高真空環(huán)境的挑戰(zhàn)。此外，航天器的封閉環(huán)境可能使除氣成為一個(gè)更大的問題。

由于連接器避免使用純錫，因此它不會(huì)促進(jìn)所謂的錫晶須的生長，錫須可能是觸點(diǎn)之間，印刷電路板焊盤之間以及觸點(diǎn)和焊盤之間短路的來源。錫晶須還會(huì)導(dǎo)致金屬蒸氣電弧，當(dāng)固體金屬晶須汽化成高導(dǎo)電金屬離子的等離子體時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，該等離子體可以形成能夠攜帶數(shù)百安培的電弧。錫須已被證明是軌道上衛(wèi)星故障的重大潛在故障模式。

VPX是嵌入式高性能計(jì)算的流行標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)速率超過10 Gbps.得益于幾年的發(fā)展，VPX生態(tài)系統(tǒng)高度多樣化，為設(shè)計(jì)人員提供了單端和差分信號(hào)，夾層，電源，光學(xué)和RF連接的一系列選擇。隨著 VPX 的發(fā)展，新的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)創(chuàng)建，以提供全面的互連需求。

可用于生態(tài)系統(tǒng)的其他連接器尚未針對(duì)SpaceVPX應(yīng)用進(jìn)行全面評(píng)估，但初步檢查尚未發(fā)現(xiàn)任何不可逾越的問題。隨著設(shè)計(jì)人員尋找其他連接解決方案，那些已經(jīng)是VPX生態(tài)系統(tǒng)一部分的人是主要的候選者。

VPX 占用空間

SpaceVPX建立在將開放式架構(gòu)和商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）產(chǎn)品相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)高性能嵌入式計(jì)算（HPEC）的既定理念之上。它不僅可以享受強(qiáng)大的競爭環(huán)境的優(yōu)勢，還可以利用已經(jīng)推出的產(chǎn)品的豐富可用性。同時(shí)，SpaceVPX擴(kuò)展了VPX標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)太空飛行的獨(dú)特需求，以創(chuàng)建一個(gè)在惡劣環(huán)境中將冗余和可靠性放在首位的系統(tǒng)。SpaceVPX可以被視為兩用技術(shù)的一個(gè)主要例子，使用部署在無數(shù)VITA 46 VPX程序中的相同連接器，并將其用于太空飛行硬件。

審核編輯：郭婷