NASA's DLC: Hochleistungs-Datenpfad-Architektur für Echtzeit-Raumschifflandungen

Johnson Space Center, Houston, TX

Ein Diagramm der Rechenplattform des Descent and Landing Computer (DLC) mit Datenpfad-Architektur. (Bild: NASA)

Autonome Landungen auf anderen Welten

Innovatoren am NASA Johnson Space Center haben eine Hochleistungs-Rechenplattform entwickelt und erfolgreich im Flug getestet – den Descent and Landing Computer (DLC) –, der den Anforderungen sicherer, autonomer, extraterrestrischer Raumschifflandungen für robotische und bemannte Explorationsmissionen gerecht wird.

Einzigartige Datenpfad-Architektur

Einzigartig an dieser Plattform ist eine Datenpfad-Architektur, die Mikroprozessoren von Ein- und Ausgabeunterbrechungen entlastet, indem sie diese isoliert. Dies verhindert Latenz und maximiert die Rechengeschwindigkeit für die Flugsoftware. Für eine sichere Landung muss der DLC landespezifische Sensordaten in Echtzeit verarbeiten und diese Informationen an den primären Flugcomputer weiterleiten, damit das Raumschiff Umgebungsgefahren wie Krater und Felsen vermeiden kann. Die vorgestellte Datenpfad-Architektur ermöglicht diese hochgeschwindige computergestützte Verarbeitungsfähigkeit.

Drei Kernkomponenten der DLC-Plattform

Die DLC-Plattform besteht aus drei Hauptkomponenten: einem von der NASA entwickelten FPGA-Board (Field Programmable Gate Array), einem von der NASA entwickelten MPSoC-Board (Multiprocessor on-a-Chip) und einem proprietären Datenpfad, der die Boards mit verfügbaren Ein- und Ausgängen verbindet, um hochbandbreitige Datenerfassung und -verarbeitung zu ermöglichen.

Datenfluss im Detail

Die Trägheitsmesseinheit (IMU), Kamera, Navigation Doppler LiDAR (NDL) und Hazard Detection LiDAR (HDL) Navigationssensoren (im Diagramm oben dargestellt) sind mit dem FPGA-Board des DLC verbunden. Der Datenpfad auf diesem Board besteht aus Hochgeschwindigkeits-Serienschnittstellen für jeden Sensor, die die Sensordaten als Eingang akzeptieren und den Ausgang in ein AXI-Stream-Format konvertieren. Die Sensordatenströme werden in einen AXI-Stream multiplexiert, der dann für die Eingabe in eine XAUI-Hochgeschwindigkeits-Serienschnittstelle formatiert wird.

Diese Schnittstelle sendet die Daten an das MPSoC-Board, wo sie vom XAUI-Format zurück in einen kombinierten AXI-Stream konvertiert und wieder in einzelne Sensor-AXI-Streams demultiplexiert werden. Diese AXI-Streams werden dann in jeweilige DMA-Schnittstellen eingespeist, die eine Schnittstelle zum DDRAM auf dem MPSoC-Board bereitstellen. Diese Architektur ermöglicht Echtzeit-Hochbandbreiten-Datenerfassung und -verarbeitung, indem sie die volle Fähigkeit des MPSoC erhält.

Anwendungen jenseits der Raumfahrt

Diese Technologie wird entscheidend für den sicheren Zugang zu anderen Oberflächenbereichen des Sonnensystems sein, in denen Raumfahrtmissionen mit aktuellen Landefähigkeiten nicht erfolgreich sein könnten. Diese Sensordatenpfad-Architektur könnte auch potenzielle Anwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung, Transport (z. B. autonomes Fahren), Medizin, Forschung und Automatisierungs-/Steuerungsmärkten haben, wo sie als Schlüsselkomponente in einer Hochleistungs-Rechenplattform und/oder kritischen eingebetteten Systemen zur Integration, Verarbeitung und Analyse großer Datenmengen in Echtzeit dienen könnte.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie NASAs Licensing Concierge unter This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu initiieren. Weitere Informationen finden Sie hier.