NASA's DLC: Uitgebreide datapad-architectuur voor real-time ruimtevaartuiglanding

Johnson Space Center, Houston, TX

Een diagram van het rekenplatform van de Descent and Landing Computer (DLC) met datapad-architectuur. (Afbeelding: NASA)

Innovatoren bij NASA Johnson Space Center hebben een hoogpresterend rekenplatform ontwikkeld en met succes in de vlucht getest, bekend als de Descent and Landing Computer (DLC), om te voldoen aan de eisen van veilige, autonome, buitenaardse ruimtevaartuiglandingen voor robotische en bemande exploratiemissies.

Uniek aan dit platform is een datapad-architectuur die microprocessoren ontlast door ze te isoleren van in- en uitvoeronderbrekingen, waardoor latentie wordt voorkomen en de berekeningssnelheid voor de vluchtsoftware wordt gemaximaliseerd. Om veilig te landen, moet de DLC landings-specifieke sensordata in real-time verwerken en deze informatie doorgeven aan de primaire vluchtcomputer zodat het ruimtevaartuig omgevingsgevaren zoals krateren en blokken kan vermijden. De gepresenteerde datapad-architectuur maakt de DLC's hoge-snelheid computationele verwerking mogelijk om deze capaciteit te bieden.

Het DLC-platform bestaat uit drie belangrijke componenten: een door NASA ontworpen field programmable gate array (FPGA) bord, een door NASA ontworpen multiprocessor-on-a-chip (MPSoC) bord, en een proprietair datapad dat de borden koppelt aan beschikbare in- en uitgangen om hoge-bandbreedte dataverzameling en -verwerking mogelijk te maken.

De inertiële meetunit (IMU), camera, Navigation Doppler LiDAR (NDL) en Hazard Detection LiDAR (HDL) navigatiesensoren (afgebeeld in het diagram bovenaan) zijn aangesloten op de FPGA-bord van de DLC. Het datapad op dit bord bestaat uit hoge-snelheid seriële interfaces voor elke sensor, die de sensordata als invoer accepteren en de uitvoer converteren naar een AXI-stroomformaat. De sensorstromen worden gemultiplext in een AXI-stroom die vervolgens wordt geformatteerd voor invoer in een XAUI hoge-snelheid seriële interface.

Deze interface stuurt de data naar het MPSoC-bord, waar het terug geconverteerd wordt van het XAUI-formaat naar een gecombineerde AXI-stroom, en gedemultiplext terug in individuele sensor AXI-stromen. Deze AXI-stromen worden vervolgens ingevoerd in respectievelijke DMA-interfaces die een interface bieden aan de DDRAM op het MPSoC-bord. Deze architectuur maakt real-time hoge-bandbreedte dataverzameling en -verwerking mogelijk door de volledige capaciteit van de MPSoC te behouden.

Deze technologie zal cruciaal zijn voor veilige toegang tot andere oppervlakteregio's van het zonnestelsel waar ruimtemissies niet kunnen slagen met de huidige landingsmogelijkheden. Deze sensor-datapad-architectuur kan andere potentiële toepassingen hebben in lucht- en ruimtevaart en defensie, transport (bijv. autonoom rijden), medisch, onderzoek, en automatiserings/control markten waar het kan dienen als sleutelcomponent in een hoogpresterend rekenplatform en/of kritisch embedded systeem voor het integreren, verwerken en analyseren van grote hoeveelheden data in real-time.

NASA zoekt actief licentiehouders om deze technologie te commercialiseren. Neem contact op met NASA's Licensing Concierge via dit e-mailadres of bel 202-358-7432 om licentiegesprekken te starten. Voor meer informatie, bezoek hier.