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Carga òtil do
satŽlite NanoSatC-BR1 |
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Parte da carga œtil do primeiro nanossatŽlite brasileiro, NanoSatC-BR1, foi projetada no laborat—rio de pesquisa do Instituto de Inform‡tica da UFRGS sob
coordena�‹o da professora Fernanda
Lima Kastensmidt. O objetivo Ž qualificar o uso de processadores
embarcados em FPGA comercial para uso em aplica�›es espaciais. A carga œtil contŽm a descri�‹o de um
processador de 32-bits baseado na arquitetura MIPS com software protegido
contra erros provenientes de radia�‹o sintetizado em um circuito FPGA
ProASIC3E programado por memoria Flash. As tŽcnicas de prote�‹o usadas no
software foram desenvolvidas durante o doutorado do aluno Jose Rodrigo Azambuja, orientado pela professora Fernanda, cuja
tese foi defendida em Setembro de 2013 no PPGC. A integra�‹o do processador e
interfaces de comunica�‹o com o computador de bordo do satŽlite e controle
dos demais circuitos da carga œtil foi de responsabilidade do aluno de
mestrado do PGMICRO William Do
Nascimento Guareschi, orientado pelo professor Ricardo Reis. A metodologia de teste foi
desenvolvida e realizada pelo aluno de doutorado do PGMICRO Lucas Tambara, orientado pela professora Fernanda Lima
Kastensmidt. |
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O
satŽlite NanoSatC-BR1, de um litro
de volume, foi lan�ado com �xito no dia 19 de junho de 2014 ˆs 16h hor‡rio de
Bras’lia. O lan�amento ocorreu na esta�‹o espacial localizada em Yasny, no sul da Rœssia. O nanossatŽlite
universit‡rio NanoSatC-BR1 foi colocado em —rbita a bordo do foguete Dnepr, de origem ucraniana, que levar‡ outros 36
satŽlites para o espa�o. Os coordenadores do projeto s‹o o professor da UFSM
e pesquisador do Centro Regional Sul do Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (Inpe), localizado em Santa Maria, Dr. Nelson Jorge Schuch, e o pesquisador da sede do Inpe em S‹o JosŽ dos
Campos Dr. Ot‡vio Santos Cupertino Dur‹o. A comunica�‹o com o satŽlite da
base do INPE em Santa Maria j‡ foi realizada com sucesso. |
Nas
pr—ximas semanas estaremos j‡ recebendo os dados da carga œtil. P‡gina do Projeto: http://www.inpe.br/crs/nanosat/index.php
O satŽlite em —rbita: http://www.qsl.net/py4zbz/nscbr1.htm
Ele est‡ formalmente no cat‡logo de
satŽlites globais do NORAD, como pode ser visto em http://www.satview.org/br/index.php.
E suas —rbitas, em qualquer ponto do
globo, pode ser acompanhadas em: http://www.satview.org/br/5d.php?sat_id=40024U. |
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O satŽlite
possui tr�s cargas œteis: um magn™metro para
utiliza�‹o dos seus dados pela comunidade cient’fica; um circuito integrado resistente
ˆ radia�‹o projetado pela Santa Maria Design House
(SMDH) ligado a Funda�‹o de Apoio ˆ Tecnologia e Ci�ncia (FATEC) e UFSM; e um
hardware em FPGA, que deve suportar as radia�›es no espa�o em fun�‹o de um
software desenvolvido pelo Instituto de Inform‡tica da Universidade Federal
do Rio Grande do Sul (UFRGS). |
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O
objetivo da carga œtil Ž qualificar o uso de processadores embarcados em FPGA
para uso em aplica�›es espaciais. á
FPGA
alvo: FPGA comercial ProASIC3 da empresa Microsemi program‡vel por mem—ria do tipo Flash. á
Processador
alvo: MIPS 32-bits á
Programa
alvo: multiplica�‹o de matrizes á
Software
tolerante a falhas: uso de redund‰ncia de vari‡veis e
assinaturas operando em paralelo com watch-dog dedicado
a detectar erros no funcionamento do processador. |
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Etapa
1: Conhecendo o modelo de engenharia do
satŽlite no INPE. Nesta etapa foi avaliado o espa�o
f’sico para a carga œtil, potencia m‡xima a ser utilizada e interfaces e
protocolos para comunica�‹o com o computador de bordo. |
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Etapa
2: Defini�‹o da carga œtil e constru�‹o do prototipo no
laboratorio da UFRGS. A carga œtil conta com um circuito program‡vel FPGA
programado por mem—ria Flash da empresa Microsemi (PROASIC3E). Neste FPGA, foram embacados: um processador soft-core
baseado na arquitetura do processador MIPS de 32-bits, memorias, watch-dog,
blocos de interface e comunica�‹o SPI, controle e ger�ncia de outros
circuitos como o circuito integrado da UFSM e Design House de Santa
Maria e magnet™metro. |
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Etapa 3: Carga œtil final integrada no satŽlite contendo o FPGA PROASIC3E e os demais circuitos integrados.
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SatŽlite NanoSatC-BR1 |
Os testes finais ocorreram no INPE em S‹o Jose dos Campos com a montagem do modelo de engenharia e o de voo com a placa final da carga œtil. |
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LAN‚AMENTO: O lan�amento aconteceu em um foguete modelo RS-20 (Dnepr Launch Vehicle) com outros 32 satŽlites. Esse lan�amento tornou-se um recorde no numero de cargas œteis lan�adas no espa�o em uma mesma miss‹o, que inclui 33 satŽlites de 17 pa’ses diferentes, incluindo o Brasil. Todos os satŽlites foram posicionados com sucesso nas suas —rbitas. |
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EQUIPE da UFRGS no projeto da Carga œtil do
NanoSatC-BR1: Professores: -
Fernanda
Gusm‹o de Lima Kastensmidt: Ž professor
associado da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tem experi�ncia na ‡rea
de Ci�ncia da Computa�‹o, com �nfase em Hardware, atuando principalmente nos
seguintes temas: tŽcnicas de prote�‹o contra radia�‹o, tolerante a falhas,
arquitetura program‡vel, FPGAs tolerantes a
radia�‹o. ƒ autora do livro Fault Tolerance Techniques for SRAM-based FPGAs publicado em 2006 pela editora Springer. -
Ricardo
Reis: Ž
professor titular da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, coordenador
do Programa de P—s-Gradua�‹o em Microeletr™nica, ex-vice-presidente da IEEE Circuits and Systems Society. Ex-presidente da Sociedade Brasileira de
Computa�‹o. Chair do TC10 da IFIP. Pesquisador
n’vel 1A do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient’fico e Tecnol—gico.
Tem experi�ncia na ‡rea de Computa�‹o, com �nfase em Microeletr™nica, atuando
principalmente nos seguintes temas: Microeletr™nica, CAD, Physical
Design, VLSI Design, VLSI CAD, Projetos de Chips Tolerantes a Efeitos da
Radia�‹o. |
Alunos de
P—s-Gradua�‹o: -
William
Do Nascimento Guareschi,
aluno mestrado, PGMICRO, UFRGS. (orientador: Ricardo Reis) Respons‡vel pelo
desenvolvimento de todo o sistema integrado no FPGA, integra�‹o com as
interfaces e protocolos de comunica�‹o. -
JosŽ
Rodrigo Azambuja, aluno doutorado, PPGC, UFRGS.
(orientador: Fernanda Lima Kastensmidt) JosŽ Rodrigo Ž
atualmente professor na Universidade Federal de Rio Grande (FURG) Respons‡vel pelas
desenvolvimento e implementa�‹o das tŽcnicas de prote�‹o usadas no software
do MIPS e teste das mesmas. -
Lucas
Tambara, aluno doutorado,
PGMICRO, UFRGS.(orientador: Fernanda Lima Kastensmidt) Respons‡vel pela metodologia de teste
da integra�‹o com a implementa�‹o do protocolo do computador de bordo em
placa de prototipa�‹o com o ARM para controle, teste e comunica�‹o com a
carga œtil nas etapas de desenvolvimento em laborat—rio. |
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PUBLICA‚ÍES: O FPGA comercial usado na carga
œtil foi testado sob dose acumulada (TID) no IEAv
em S‹o Jose dos Campos e falhas transientes sob radia�‹o usando acelerador de
part’culas. Assim como a tŽcnica de toler‰ncia em software aplicada no
processador MIPS tambŽm foi testada sob inje�‹o de falhas no laborat—rio do
Instituto de Inform‡tica e sob radia�‹o durante o projeto usando acelerador
de part’culas. Diversos artigos relacionados foram publicados ao longo do projeto. GUARESCHI, WILLIAM ; AZAMBUJA, JOSE ; Kastensmidt, Fernanda ; REIS, Ricardo ; DURAO, OTAVIO ; SCHUCH, NELSON ; DESSBESEL, GUSTAVO . Configurable test bed design for nanosats to qualify commercial and customized integrated circuits. In: 2013 IEEE Aerospace Conference, 2013, Big Sky. 2013 IEEE Aerospace Conference. v. 1. p. 1-7. Azambuja, JosŽ Rodrigo ; Altieri, Mauricio ; Kastensmidt, Fernanda Lima ; Becker, JŸrgen . HETA: Hybrid Error-Detection Technique Using Assertions. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 60, p. 1-8, 2013. CHIELLE, E. ; AZAMBUJA, J. R. ; Barth, Raul Sergio ; Almeida, Felipe ; KASTENSMIDT, F. L. . Evaluating Selective Redundancy in Data-Flow Software-Based Techniques. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 60, p. 1-8, 2013. Azambuja, JosŽ Rodrigo ; Pagliarini, Samuel ; Altieri, Mauricio ; Kastensmidt, Fernanda Lima ; Hubner, Michael ; Becker, JŸrgen ; Foucard, Gilles ; Velazco, Raoul . A Fault Tolerant Approach to Detect Transient Faults in Microprocessors Based on a Non-Intrusive Reconfigurable Hardware. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 59, p. 1117-1124, 2012. KASTENSMIDT, F. L. ; CHIPANA, R. ; GONCALEZ, O. L. ; Junior, E. ; VAZ, R. G. . TID in Flash-based FPGA: Power Supply-current Rise and Logic Function Mapping Effects in Propagation-delay Degradation. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. PP, p. 1-8, 2011. |
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Fernanda Lima Kastensmidt Professor Associado do Instituto de InformaticaUniversidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre - RS – Brasil www.inf.ufrgs.br/~fglima fglima (at) inf.ufrgs.br +55 51 3308-7036 |