Domingo , Agosto 20 2017
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Streaming de Alta Velocidad en las comunicaciones digitales en el espacio

“Gracias a la tecnología de National Instruments y al extenso conocimiento que poseen nuestros ingenieros de la misma, se ha podido desarrollar este sistema de test ahorrando tiempo en las etapas de diseño y pruebas en cuanto al diseño del hardware y la comunicación del sistema, proporcionando a nuestros ingenieros más tiempo para el diseño y mejora de los prototipos necesarios para conectar con el producto”

El Reto 

Construcción de un banco de test que permita verificar y validar las comunicaciones digitales de alta velocidad, generadas y recibidas por los principales módulos que componen el sistema de comunicación digital de los Satélites MTG (Meteosat Third Generation).

La Solución

Utilizar un sistema PXI de alto rendimiento junto con unos módulos que permiten un gran ancho de banda de comunicación entre ellos, y un sistema de adquisición y generación de datos, dotado de capacidad de Streaming. Desarrollo de un programa en LabVIEW para el manejo del banco de test.

El departamento de Special Test Equipments de EIIT, con más de 25 años de experiencia desarrollando sistema de test para productos electrónicos, y proyectos de I+D, se ha propuesto el diseño y fabricación de un banco de test que lleve a cabo la validación de los sistemas de comunicación digitales de alta velocidad que serán embarcados en los Satélites MTG, y que por lo tanto necesitan de un control de diseño y calidad excepcionalmente exigentes.

El objetivo principal de los bancos de test será por tanto, establecer un entorno adecuado para las pruebas HIL (Hardware In the Loop) de estos sistemas.

Debido a la confidencialidad del proyecto no se hará mención a elementos específicos del sistema ni a su funcionalidad, pero se pretende explicar la problemática y la solución desde puntos de vista generales, de forma que cualquier lector pueda hacerse una idea de la casuística, funcionamiento y esfuerzos invertidos.

Los productos que se pretenden testear y validar, forman parte de un sistema de comunicaciones digitales de alta velocidad y deben ser sometidos a transferencias de datos de varios Giga Bytes (1GB/3s), pudiendo almacenar archivos de cientos de GB.

Teniendo en cuenta que el sistema debe certificar una tasa de transferencia de 192MB/s•canal, tanto la transmisión como la velocidad de almacenamiento a estas velocidades resulta un desafío teniendo en cuenta que un bus PCI conectado directamente a una placa base de cualquier ordenador presenta una tasa de transferencia máxima de 133MB/s.

Debido a las altas velocidades de comunicación, el banco de test deberá ser capaz de gestionar una elevada cantidad de información, realizando tareas de procesado on-line, así como operaciones continuas de acceso a fichero para la escritura/lectura de los datos, todo esto sin ralentizar los procesos principales de generación/adquisición.

Todo este proceso deberá ser gobernado por un entorno software específico capaz de controlar y supervisar cada uno de los diferentes procesos, así como de presentar al usuario toda la información necesaria en pantalla y generar de los reportes de test necesarios.

Para ser capaces de alcanzar estos niveles de exigencia en cuanto a velocidad de transmisión, recepción y manejo de datos, se ha requerido de la utilización de un sistema NI-PXI compuesto por: NI PXIe – 1071, Controlador NI PXIe – 8133, NI PXIe – 6545, NI PXI – 6509, NI PXI – 8262 + NI HDD – 8264, Diseño/fabricación de PCBs especificas para la gestión de señales digitales de alta velocidad y LabVIEW

El NI-PXI1071 se trata de un chasis de alto rendimiento que posee tres ranuras PCIe capaz de soportar un ancho de banda de hasta 3GB/s. Mediante el módulo NI PXI – 6545 somos capaces de obtener tasas de comunicación de 660MB/s en adquisición y 400MB/s para la generación de señales digitales gracias a la memoria interna de la tarjeta y la capacidad de Streaming de la que este hardware de NI está dotado.

Utilizando los buses de comunicación del chasis somos capaces de establecer una comunicación con la PXI – 8262 que hace de interface con los discos duros NI HDD – 8264. Este hardware de NI nos proporciona 12 discos duros con una capacidad de 250GB cada uno, con una capacidad total de almacenamiento de 3 TB, y una velocidad de lectura y de escritura de hasta 600MB/s sostenible hasta los 2TB.

Junto a estas dos tarjetas, hemos dotado al sistema de una PXI – 6509 para el manejo de ciertas señales de control necesarias para realizar los test requeridos.

Todo este sistema de comunicación y control queda gobernado finalmente con el controlador NI PXI – 8133, en el que se cuenta con un sistema Windows para la comodidad del usuario y el software de control desarrollado en LabVIEW.

Descripción del funcionamiento del equipo

El equipo final, consta de dos bancos de test diferentes:

El primero de ellos llamado “Receptor”, se encarga de la recepción, procesado y posterior almacenamiento de los datos y su objetivo es validar la funcionalidad de los sistemas de generación de datos del satélite.

El segundo, llamado “Transmisor”, se encarga de recuperar la información localizada en los sistemas de almacenamiento y enviarla a los sistemas de recepción de datos del satélite, con el fin de validar su funcionalidad.

El banco de test del “Receptor”, deberá ser capaz de acoplarse a 4 sistemas diferentes de generación de datos del satélite, con el fin de testear y validad la funcionalidad de cada uno de ellos, así como verificar las tasas de transferencia y los posibles errores que pueden producirse durante la comunicación. Por tanto, el banco de test estará formado principalmente por 4 entradas de datos que serán multiplexadas a un único sistema de adquisición. El caso del “Transmisor” es similar, pero en este caso el banco estará formado por un único sistema de generación cuya información será multiplexada a cuatro salidas de datos que estarán acopladas a 4 sistemas diferentes de adquisición de datos del satélite.

El acoplamiento de ambos bancos de test con los sistemas del satélite correspondientes, se realizará por medio de cables especiales cuyas longitudes variarán entre los 4 y los 8m. Debido a estas longitudes y a las altas velocidades, la PCB ha sido diseñada para evitar distorsiones, ruidos e interferencias en las señales transmitidas, así como para evitar problemas de jitter en las señales de reloj, siendo este del orden de pocos picosegundos.

La comunicación con el sistema de test se puede realizar de forma local, o como exige el cliente, que sea accesible a través de protocolo TCP/IP.

Conclusión

Gracias a la tecnología de National Instruments y al extenso conocimiento que poseen nuestros ingenieros de la misma, se ha podido desarrollar este sistema de test ahorrando tiempo en las etapas de diseño y pruebas en cuanto al diseño del hardware y la comunicación del sistema, proporcionando a nuestros ingenieros más tiempo para el diseño y mejora de los prototipos necesarios para conectar con el producto.

La perfecta integración de las tarjetas con el entorno de desarrollo de software, así como el diseño del control del sistema mediante las señales digitales hacia los elementos del equipo que únicamente requieren de señales estáticas de control, ha reducido significativamente el tiempo de desarrollo software adelantándonos a la agenda establecida por nuestro cliente.




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