太空中航天器计算机的CPU

2020-12-19 04:56:49

许多CPU已用于航天器,空间站和其他此类探测器中。这样的CPU必须高度可靠且非常耐用。即使使用加热器,空间温度也会有很大差异。系统暴露的辐射也可能是巨大的。因此,在设计其中一种系统时,设计师不要总是使用最新,最出色的微处理器。他们使用经过尝试和测试的芯片。他们知道会工作。

在太空中使用的CPU必须首先是MIL-STD-883(通常是M类或S类,基于B的地面)。这意味着它已经满足了国防部为确保可靠运行而开发的100多项测试。这些测试包括:热,机械,交流电和直流电测试,以及单个晶圆检查的采样要求。大多数通过的CPU都来自晶圆中心。这消除了边缘缺陷,并且通常使设备更耐辐射。另请注意,MOST航天器使用许多CPU。冗余或拆分任务。能够单独控制航​​天器的每个组件非常重要。如果一个CPU控制所有这些,那将是不可能的。每个子系统都由自己的CPU供电,可以更好地控制子系统的电源管理和容错能力。 (例如,如果一个CPU死亡,它将仅禁用一种仪器,而不是整个航天器)

在CPU的早期,它是由许多芯片实现的,基本上是用自定义指令集来构建CPU的门。

Viking Orbiter上的计算机是通用电气的18位TTL机器(不是12位),具有位串行,单寄存器累加器和位串行访问电镀线RAM(4096个字)。它每秒执行约25,000条指令。 Viking Lander计算机(Honeywell HDC 402)是另一种设计,具有18,000个24位字的电镀RAM。

维京探测器通常被误认为是由1802年运行的,但是这并不是事实。

实际的处理器是带有64条指令的18位设计。 Voyager探测器的其中一台计算机使用了相同的设计

Voyager仅在其3个计算机子系统(命令和控制子系统)之一中使用了与Viking Orbiter相同的计算机。姿态和关节控制子系统使用了CCS计算机的增强版本,该计算机在CPU和RAM之间插入了一个单元(混合缓冲区接口电路(HYBIC)),该单元拦截指令以添加索引寻址功能(以其他指令为代价) ,以及使用空闲周期的加速指令。飞行数据子系统中使用的第三台计算机是CMOS中的新定制设计,具有128个寄存器,半字节串行CPU和8096个字的16位RAM。每秒运行约80,000条指令。

Voyager探针(例如Viking Probes)通常被误认为是由1802年运行的,但是这并不是事实。

航天飞机使用APA-101S计算机(其中5台用于冗余)。它们的运行速度约为1.2MIPS,仍然使用了几兆的铁氧体磁芯存储器(不透辐射)。航天飞机的整个控制软件不到一兆。航天飞机中的新玻璃驾驶舱可在Intel 80386s上运行

RCA 1802-指挥和数据系统Sandia Labs Rad hard 2901s-姿态控制计算机

太空中使用的1802s是使用蓝宝石硅制造的,该蓝宝石在辐射环境中更加稳定。在Gallileo航天器中,总共使用了6个1802s(高级模块2个,低级模块4个)。加起来,它们有176k的内存。

将2901s配置为16位处理器(4x4bit2901s),并对其进行复制以实现冗余,总共8x2901s

最初是DF-224(8位)。首次服务任务(1993)增加了386协处理器。哈勃望远镜现在运行在80486上

RAD 6000是英国航空电子公司制造的辐射增强型IBM POWER CPU。探路者着陆器用于与Sojourner小型漫游者通信

有效负载数据子系统使用8086处理器,标准控制处理器和工程数据格式化器使用1750A处理器。数据存储在四个0.75 Gb固态记录器上。

火星全球测量师是10年来美国首次登陆火星,并开始进行必要的研究,以最终将好奇号火星送入并降落在火星表面。在这里,我们看到在单个航天器上使用了2种完全不同类型的处理器,这实际上是相当普遍的,它对正在使用的任何子系统都使用了最好的部分。

ISS上有几台计算机。最重要的是使用i386的命令计算机。

BAE RAD6000(最大25MHz):这是IBM RS / 6000处理器(RSC)的防辐射版本。费用约为$ 200,000- $ 300,000

RAD6000在不需要大型处理功能的空间应用中正变得非常流行。航天器目前使用200多个RAD6000处理器。高端设计已过渡到RAD750或Mongoose处理器。截至2012年8月,机遇漫游者仍在发挥作用并表现科学。 (Spirit将于2011年停止运行)。设计寿命只有3个月,所以两个流动站都远远超过了。

DAWN是使用离子引擎的太阳能航天器。它旨在探索小行星维斯塔和矮行星谷神星

双BAE RAD750 @ 400MIPS(最高200MHz):IBM PowerPC 750的辐射加固版本(一个配置为备份,如果另一个失败则可以接管(或通过软件更新禁用它)。在其15年的使用寿命中发生了一次以上的单一事件(需要地球干预的问题)。

流动站计算单元还包括256KB EEPROM(可能用于启动配置等),256MB DRAM和2GB固态存储器(闪存)。摄像机还具有自己的闪存存储器(桅杆凸轮每个8GB)。每个RAD750板的成本约为200,000美元

Morpheus Lander概念使用天然气作为推进剂。不幸的是,它在2012年8月的测试中燃烧并爆炸。毫无疑问,RAD750被摧毁了。

Mongoose-V:Mongoose-V是Synova生产的以15MHz运行的古老MIPS R3000处理器的防辐射增强版。截至2012年8月,Mongoose-V处理器的售价为$ 20,000- $ 40,000

New Horizo​​ns还包括冗余的8GB Flash存储区。它必须长时间存储数据,因为来自探针的数据速率如此之慢,以至于它可以将所有数据传输回地球之前已经远远超过了冥王星。几乎肯定也要确定其方向,以使其天线在进行冥王星和其他柯伊伯带天体的观测时不会指向地球。

注意:Mongoose V是MIPS R3000内核TMS320是DSP芯片1750是MIL-STD 16位非RISC CPU。 NSSC-1:NASA标准航天器计算机F9450:1750A MMU

如您所见,太空中使用了各种各样的芯片。如今,大多数都朝着具有内存管理功能的32位CPU迈进。这样可以简化编程,并可以使用更广泛的操作系统/应用程序(Java,Linux,VxWorks等)。