Implementación de estándares de comunicaciones y validación del concepto en tarjeta multipropósito basada en FPGA reconfigurable

García García, María (2019). Implementación de estándares de comunicaciones y validación del concepto en tarjeta multipropósito basada en FPGA reconfigurable. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Implementación de estándares de comunicaciones y validación del concepto en tarjeta multipropósito basada en FPGA reconfigurable
Author/s:
  • García García, María
Contributor/s:
  • Cobos Márquez, José Antonio
  • Sánchez Renedo, Manuel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: September 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El objetivo de este proyecto es una primera toma de contacto con el nuevo estándar de comunicación en serie SpaceFibre, proporcionado por la ESA (European Space Agency) en el año 2019. Cuando se consiga introducir el estándar en los dispositivos espaciales supondrá una notable mejora en cuanto a velocidad, fiabilidad y flexibilidad. Al ser un código prematuro es necesario su implementación en las placas y chips en la Tierra para poder efectuar ensayos y estudios, cuyo objetivo se centra en comprobar sus diferentes características y los posibles contratiempos que se desprenden de la novedad del producto. Con el propósito principal fijado, se ha estudiado y elaborado un conjunto de desarrollos complementarios que sería necesario abordar con posterioridad para entender el funcionamiento de los distintos módulos. De esta manera, se han aprendido y manejado diversos conceptos, dispositivos y funciones en el ámbito de la electrónica digital, expandiendo la utilidad del proyecto. En un inicio, es necesario la toma en contacto con el IDE (Integrated Development Environment) empleado, Vivado Design Suite, de la compañía americana Xilinx. Para familiarizarse con el entorno se recurrió a tutoriales proporcionados por la empresa estadounidense, a través del material habilitado en su web. [1] Asimismo, era primordial entender y saber manejar la comunicación en serie UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) entre la placa FPGA (field-programmable gate array) y el ordenador. Para ello, se empleó la teoría y el código de ejemplo del libro “FPGA PROTOTYPING BY VHDL EXAMPLES”, modificando con posterioridad parte del programa. De esta manera se consiguió por una parte familiarizarse con la comunicación en serie y con el entorno de desarrollo. Por otro lado, fue un pretexto para empezar a programar en VHDL, lenguaje para describir circuitos electrónicos, cuyas siglas provienen de VHSIC (Very High Speed Integrated Circuits). Todos los programas y códigos empleados y descritos en este trabajo fin de carrera son en VHDL, puesto que su uso en el ámbito aeroespacial está muy extendido debido a su procesamiento en paralelo y la rigidez en su programación. Posteriormente, se introduce una tecnología revolucionaria de nueva creación en el mundo de las comunicaciones en serie, siendo cada vez más frecuente encontrarla en placas FPGAs: los transceivers, un circuito integrado capaz de convertir los datos en paralelo a datos en serie, transmitirlos a una gran velocidad a la par que habilita el recorrido inverso. Para conocer su funcionamiento general, así como el procedimiento para implementarlos con las características deseadas, se ha llevado a cabo una extensa formación teórica sobre esta tecnología. Más adelante se realizaron pruebas sencillas con una FPGA Nexys Video, con la cual se prueban programas a través de la modificación de sus parámetros. Una vez asentados los conocimientos sobre la UART y los transceivers, se introdujo la arquitectura del bus AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture). Este código abierto es un método para enlazar las dos formas de comunicación o de transmisión en serie mencionados anteriormente con el nuevo estándar denominado SpaceFibre. La tecnología de comunicaciones en serie que se ha empleado en la mayoría de las naves espaciales y satélites hasta hoy día ha sido el SpaceWire. Sin embargo, tras años de esfuerzo e investigación, se ha elaborado un nuevo estándar con el objetivo de llevarlo al espacio. Tras aunar todos los módulos descritos previamente, se probó el programa primero en una placa Nexys Video y con posterioridad en una placa VC707. Esto es debido a que la última posee un mayor grado de complejidad dentro de las FPGA y, por ende, más a las empleadas en el espacio. Una vez comprobado el correcto funcionamiento de los códigos en su conjunto, se incluyó en el montaje físico el brick STAR Fire, fabricado por la compañía británica STAR-Dundee. Gracias al dispositivo no sólo se podía verificar una correcta inicialización, sino también modificaciones determinadas de alto nivel, y además permitía enviar y recibir paquetes de datos SpaceFibre, dando la posibilidad de cuantificar características imprescindibles de las señales como son la velocidad del envío de datos, la respuesta a determinados sucesos o los fallos. Por último, se pretende unificar el SpaceWire y el SpaceFibre, a través de una máquina de estados que unificara los paquetes de un byte provenientes del primer estándar para formarlos de 4 bytes, compatibles con el SpaceFibre. Debido a la falta de tiempo, este objetivo no se pudo completar, dejando un amplio margen de desarrollo para sucesivas investigaciones.

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Item ID: 56771
DC Identifier: http://oa.upm.es/56771/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56771
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 11 Oct 2019 09:01
Last Modified: 08 Dec 2019 23:30
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