Mikrochip:Skalieren von Weltraumanwendungen mit COTS-zu-strahlungstoleranten Core-MCUs

Von NewSpace bis hin zu kritischen Weltraummissionen müssen Entwickler von Weltraumanwendungen Designzyklen und Kosten reduzieren und gleichzeitig die Entwicklung auf Missionen mit unterschiedlichen Strahlungsanforderungen skalieren. Um diesen Trend zu unterstützen, führte Microchip Technology die ersten ARM-basierten Mikrocontroller der Raumfahrtindustrie ein, die die kostengünstigen und großen Ökosystemvorteile der COTS-Technologie mit weltraumtauglichen Versionen mit skalierbarer Strahlungsleistung kombinieren. Basierend auf dem für die Automobilindustrie qualifizierten SAMV71 implementieren die strahlungstoleranten SAMV71Q21RT und die strahlungsgehärteten MCUs SAMRH71 das weit verbreitete Arm Cortex-M7 System on Chip, das mehr Integration, Kostensenkung und höhere Leistung in Raumfahrtsystemen ermöglicht.

Der SAMV71Q21RT und der SAMRH71 ermöglichen Softwareentwicklern, mit der Implementierung des SAMV71 COTS-Geräts zu beginnen, bevor sie zu einer raumfahrttauglichen Komponente wechseln, wodurch Entwicklungszeit und -kosten erheblich reduziert werden. Beide Geräte können die vollständige Softwareentwicklungs-Toolchain des SAMV71 nutzen, da sie sich das gleiche Ökosystem teilen, einschließlich Softwarebibliotheken, Board Support Package und erster Portierungsebene des Betriebssystems. Sobald die Vorentwicklungen des COTS-Geräts abgeschlossen sind, kann die gesamte Softwareentwicklung einfach auf eine strahlungstolerante oder strahlungsgehärtete Version in einem hochzuverlässigen Kunststoffgehäuse oder einem raumfahrttauglichen Keramikgehäuse ausgetauscht werden. Die strahlungstolerante MCU SAMV71Q21RT verwendet den gesamten COTS-Maskensatz wieder und bietet Pinbelegungskompatibilität, wodurch der Übergang von COTS zu qualifizierten Weltraumteilen sofort möglich ist.

Während die Strahlungsleistung des SAMV71Q21RT ideal für NewSpace-Anwendungen wie Low Earth Orbit (LEO)-Satellitenkonstellationen und Robotik ist, bietet der SAMRH71 die Strahlungsleistung, die für kritischere Subsysteme wie Gyroskope und Startracker-Ausrüstung geeignet ist. Das radtolerante Gerät SAMV71Q21RT gewährleistet eine akkumulierte TID von 30Krad (Si) mit Latch-Up-Immunität und ist gegen schwere Ionen zerstörungsfrei. Beide Geräte sind vollständig immun gegen Single-Event Latchup bis zu 62 MeV.cm²/mg.

Basierend auf dem Arm Cortex-M7-Kern bieten der SAMV71Q21RT und der SAMRH71 einen Hochleistungs- und Niedrigenergiebetrieb, um eine lange Lebensdauer für Luft- und Raumfahrtanwendungen zu gewährleisten. Zum Schutz vor Strahlungseinflüssen und zur Systemabschwächung umfasst die Architektur der Geräte Fehlermanagement- und Datenintegritätsfunktionen wie fehlerkorrigierenden Codespeicher, Integrity Check Monitor und Memory Protection Unit. Die SAMV71Q21RT und SAMRH71 verfügen auch über CAN FD und Ethernet AVB/TSN-Funktionen, um der Entwicklung der Konnektivitätsanforderungen von Raumfahrtsystemen zu folgen. Um Deep-Space-Anwendungen weiter zu unterstützen, verfügt der SAMRH71 über dedizierte SpaceWire- und MIL-STD-1553-Schnittstellen für die Steuerung und Hochgeschwindigkeits-Datenverwaltung mit bis zu 200 Mbit/s.

Um den Designprozess zu vereinfachen und die Markteinführungszeit zu verkürzen, können Entwickler das ATSAMV71-XULT-Evaluierungsboard verwenden. Die Geräte werden von Atmel Studio Integrated Development Environment für Entwicklung, Debugging und Softwarebibliotheken unterstützt. Beide Geräte werden bis Mitte 2019 auch in MPLAB Harmony Version 3.0 unterstützt.