Ordinateur d'atterrissage NASA (DLC) : architecture de chemin de données pour atterrissage spatial temps réel

Centre spatial Johnson, Houston, TX

Schéma de la plateforme informatique de l'ordinateur de descente et d'atterrissage (DLC) avec architecture de chemin de données. (Image : NASA)

Les innovateurs du Centre spatial Johnson de la NASA ont développé et testé en vol avec succès une plateforme informatique haute performance, connue sous le nom d'ordinateur de descente et d'atterrissage (DLC), pour répondre aux exigences d'atterrissages spatiaux autonomes et sûrs, pour missions d'exploration robotiques et humaines.

Ce qui rend cette plateforme unique, c'est une architecture de chemin de données qui libère les microprocesseurs en les isolant des interruptions d'entrée/sortie, évitant ainsi la latence et maximisant la vitesse de calcul pour le logiciel de vol. Pour atterrir en sécurité, le DLC doit traiter en temps réel les données des capteurs spécifiques à l'atterrissage et les transmettre à l'ordinateur de vol principal pour que le vaisseau évite les dangers environnementaux comme les cratères et les rochers. L'architecture de chemin de données présentée permet au DLC d'assurer ce traitement computationnel à grande vitesse.

Architecture à trois composants clés

La plateforme DLC est composée de trois éléments clés :

• Une carte FPGA (Field Programmable Gate Array) conçue par la NASA
• Une carte MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip) conçue par la NASA
• Un chemin de données propriétaire reliant les cartes aux entrées/sorties disponibles pour permettre la collecte et le traitement de données à haut débit

Flux de données des capteurs

L'unité de mesure inertielle (IMU), la caméra, le LiDAR de navigation Doppler (NDL) et le LiDAR de détection de dangers (HDL) sont connectés à la carte FPGA du DLC. Le chemin de données sur cette carte consiste en interfaces série haute vitesse pour chaque capteur, qui acceptent les données des capteurs en entrée et convertissent la sortie en format flux AXI. Les flux des capteurs sont multiplexés en un flux AXI unique, puis formatés pour l'entrée vers une interface série haute vitesse XAUI.

Cette interface envoie les données à la carte MPSoC, où elles sont reconverties du format XAUI vers un flux AXI combiné, puis démultiplexées en flux AXI individuels par capteur. Ces flux AXI sont ensuite injectés dans les interfaces DMA respectives qui fournissent une interface vers la DDRAM sur la carte MPSoC. Cette architecture permet la collecte et le traitement de données à haut débit en temps réel en préservant la pleine capacité du MPSoC.

Applications potentielles

Cette technologie sera cruciale pour un accès sûr à d'autres régions de surface du système solaire où les missions spatiales ne pourraient pas réussir avec les capacités d'atterrissage actuelles. Cette architecture de chemin de données pour capteurs pourrait avoir d'autres applications potentielles dans l'aérospatiale et la défense, le transport (ex. conduite autonome), le médical, la recherche, et les marchés de l'automatisation/contrôle où elle pourrait servir de composant clé dans une plateforme informatique haute performance et/ou un système embarqué critique pour l'intégration, le traitement et l'analyse de gros volumes de données en temps réel.

La NASA recherche activement des licenciés pour commercialiser cette technologie. Veuillez contacter le service des licences de la NASA à cette adresse ou appeler le 202-358-7432 pour initier des discussions de licence. Pour plus d'informations, visitez ici.