Sistemi digitalnih magistrala podataka

Slika 13 - Karakteristika magistrale podataka

Dvadeset-osam magistrala podataka povezuje GPC kompleks sa BTU-ovima (bus terminal unit) koji su distribuirani kroz letelicu. Svaka magistrala podataka poseduje 1 Mbit/s taktnu brzinu i oblikovana je u Manchester II kodu, koji omogućuje višestruku tačnost u proveri reči/poruka. Magistralni sistem je sadržan od standardnih multiplexer interfejs adaptera (MIA), spojnica magistrala podataka (data bus couplers - DBC), izolacionih pojačivača magistrala podataka (data bus isolation amplifiers - DBIA) i isprepletenih, zaštićenih parova žica. Da bi se osigurala standardizacija, performanse i kompatibilnost, elementi magistrale se kupuju od jednog proizvođača i MIA-e se isporučuju svim BTU dizajnerima za instalaciju na njihovim LRU-ovima (line-replaceable units). Glavne karatkteristike magistrale su izlistane na slici 13. Sistem operiše u komanda/odgovor modu sa svim kontrolama magistrale stečenim u GPC-ovima. Dopuštena konfiguracija reči magistrale podataka je prikazana na slici 14.

Slika 14 - Formati poruka magistrale podataka

Sav magistralni saobraćaj je iniciran od strane komandne reči poslane od GPC-ova. Ako je namera da se šalje podatak iz kompjutera u BTU, prvo se šalje komandna reč kao indikator predstojeće transmisije podataka, praćene zahtevanim brojem podataka (poruka). Da preuzme podatke iz BTU-a, kompjuter šalje komandnu reč zahtevajući tip i količinu podataka. BTU onda reaguje sa određenim brojevima reči. U svim slučajevima, očekivan broj reči mora biti tačan inače će se cela poruka odbaciti. 28 magistrala podataka su razvrstane po funkcijama, kritičnosti i učestanosti učitavanja u kategorije prikazane na tabeli I.

Tabela I - Iskorišćenost magistrale podataka

Struktura međupovezanosti magistrala podataka GPC-a i raznih BTU-a je prikazana na slici 15. u kojoj su uklonjene informacije sadržane u sistemskom blok dijagramu. BTU-i i njihovi akronimi su izlistani u donjem levom uglu slike 15. Osobenosti svakog od njih će biti prodiskutovani u sledećoj sekciji. Osam letački-kritičnih magistrala se koriste za ceo saobraćaj (podatke i komande) povezane sa vođenjem, navigacijom, kontrolom leta, sekvencama misije kao što su separacija i upravljanje kritičnim ne-avioničkim sistemimskim funkcijama. Takođe je uključen i interfejs sa kontrolom glavnog motora Space Shuttle-a. Osam magistrala se zahteva za ove kritične funkcije da obezbede neophodnu toleranciju kvara i da ubrzaju učitavanje podataka. Pet kompjutera su razvijeni za međukompjuterske transmisije podataka. Svaki kompjuter reaguje kao kontrolor magistrale na jednoj od pet magistrala, i stoga, i mogućnosti započinjanja inicijalizacije komunikacije sa ostalih četiri kompjutera. Sve magistrale međupovezuju pet kompjutera sa dve mass memorijske jedinice (MMU). Ove magistrale se koriste za učitavanje software-skih programa koji se zahtevaju tokom misije. Četiri magistrale obezbeđuju interfejs između pet GPC-a i CRT ekrana opšte namene i opreme za tastaturu. Ove magistrale obuhvataju glavni interfejs između posade i DPS-a. Pet magistrala se koriste za podatke o instrumentizaciji na letelici. Ove magistrale su posebne u tome da svaki kompjuter ima posvećenu magistralu povezanu za port na dvostrukoj impulsno kodiranoj modularnoj (pulse code modulation - PCM) glavnoj jedinici. Ona se koristi za transmisiju downlink podataka i za prikupljanje podataka sakupljenih od strane operaciono instrumentizacionog (operational instrumentation  - OI) sistema potrebnog za sistem menadžment na letelici i funkcije opreza i upozoravanja. Dve magistrale obezbeđuju interfejs za podršku operacijama nad korisnim teretom, funkcijama sistemskog menadžmenta, kontrolama otvora na spremištu za koristan teret i uključivanju komunikacionih antena. Konačno, dve magistrale obezbeđuju pristup sistemu za procese lansiranja dok je na zemlji, služeći kao interfejs za podatke prikupljene iz raketa na čvrsto gorivo i daljinskoj kontroli mehaničke "ruke". Ove magistrale su jedinstvene u tome da zahtevaju izolovane pojačivače da bi se prilagodili dugačkim žicama koje prolaze do LPS-a i do izolovanih magistrala koje se diskonektuju prilikom poletanja i SRB separacije.

Slika 15 - Arhitektura magistrale podataka

Granična magistralna jedinica

BTU omogučuje interfejs između kompjuterskog kompleksa i ostatka avioničkog sistema i ostalih sistema letelice koji su podržani od strane avioničkog sistema. Oni se mogu smatrati kao forma distribuiranih ulaza/izlaza kao proširenje serijskih digitalnih interfejsa kroz letelicu do lokacije koja je najbliža podsistemu koji je upotrebljiv. Kako je rečeno ranije, svaki BTU sadrži jedan ili više standardnih MIA-e. Sledeća diskusija svakog tipa BTU-a je limitirana ka fizičkim i funkcijskim karakteristikama. Njihovo korišćenje u sistemskom smislu je pokriveno u tretiranju svakog podsistema i funkcijama sadržanim u kasnijim sekcijama. Predlaže se korišćenje slike 15 i sistemskog blok dijagrama da bi se održala saglasnost sa celim sistemom.

Multiplexer/ Demultiplexer

Slika 16 - Multiplexer / Demultiplexer bolk dijagram

MDM je fleksibilan, multifunkcijski uređaj koji omogućuje razne mogućnosti interfejsa. Slika 16 je pojednostavljen blok dijagram na kome se vidi povezani magistralni interfejs na DPS strani i I/O moduli na podsistemskoj strani. MDM prepoznaje i reaguje na svaku validnu, tačno adresiranu transmisiju magistralnih podataka detektovanih od MIA-e, a inače, simultane ili preklapajuće poruke na dve magistrale nisu dozvoljene i, ako se primaju, uzrokovaće da jedinica prekine sa radom.  Normalno, preklapajuće poruke su onemogućene od strane sistemske arhitekture i konfiguracije. Jedinica za kontrolu sekvenciranja (sequence control unit - SCU) kontroliše operacije MDM-a i zadržava programibilnu samo-učitavajuću memoriju  (programmable read only memory - PROM), koja se može programirati da zahteva velike blokove podataka sa jednim zahtevom. 16 I/O prikjljučaka se mogu povezati sa maksimalno 9 različitih modula sa sledeće liste:

-          Izolovan visoki izlaz (discrete output high  - DOH), 28 volti, tri 16-bit-na kanala

-          Izolovan niski izlaz (discrete output low - DOL), 5 volti, tri 16-bit-na kanala

-          Izolovan visoki ulaz (discrete input high  - DIH), 28 volti, tri 16-bit-na kanala

-          Izolovani niski ulaz (discrete input low  - DIL),, 5 volti, tri 16-bit-na kanala

-          Analogni izlazni diferencijali (analog output differential  - AOD), 16 kanala

-          Analogni ulazni diferencijali (analog input differential  - AID), 16 kanala

-          Analogni ulazi sa jednim krajem (analog input single-ended  - AIS), 32 kanala

-          Serijski ulazi/izlazi (serial input/output  - SIO), 4 kanala

-          TACAN/radar visinomer (specijalno namenski I/O)

Sistemski interfejs koji se zahteva za svaki MDM je zavistan od njegove jedinstvene lokacije u Space Shuttle-u i određuje skup I/O modula koji se instaliraju. MDM-ovi su locirani i na avioničkim spremištima i na dva SRB-a, i to što je moguće bliže podsistemskim servisima. Koristi se tro-delna MDM nomeklaturna po pratećoj konvenciji:

• Prvo slovo - Kategorija magistrale podataka

-          F - kritičnost leta (flight critical)

-          L - zemlja ili lansiranje (ground or launch)

-          P - operacije korisnog tereta (payload operations)

-          O - instrumentalne operacije (operational instrumentation)

• Drugo slovo - Lokacija

-          F - napred (forward)

-          A - nazad (aft)

-          L - levi SRB

-          R - desni SRB

• Broj - broj u setu

Mass memorijska jedinica

Dve MMU-e su instalirane na Orbiteru, svaka povezana sa posvećenom magistralom i adresom iz bilo kog GPC-a. One su jedincice sa magnetnom trakom koje poseduju nasumičan pristup kapacitetu podataka od 4,6 x 10⁶ 32-bitne reči. Ona omogućuje postojan kapacitet software-a na leltelici za sledeće stavke:

-          Sistemski software

-          Duplirane kopije aplikacionih programa

-          Preklapajuće programske segmente

-          Formate CRT displeja

-          Pre-lansirne test rutine

-          Test programe za izolaciju i dijagnostiku grešaka

-          I-učitavanja (I-load - misijske i hardverske jedinstvene podatke)

-          Pdatke o tačkama provera

-          Formati downlink podataka

Kontrola operacija upisa i čitanja MMU-e se izvodi iz GPC-a.

Kontrolor glavnih disciplina

Dva kontrolera glavnih disciplina (master events controllers MEC) su instalirane unutar Orbiter-a da obezbede kontrolni interfejes za kritične funkcije uzletanja i separacije uključujući kontrolu pirotehničkih inicijalnih kontrolera (pyrotechnic initiator controllers  - PIC's). Slika 17 je pojednostavljen blok dijagram MEC-a. Kritične signalne selekcije operacija su i na četiri slična ulaza i na  relativnom tempiranju ruke i paljenju komandi.  Ova mehanizacija je potrebna zato što su funkcije kontrolisane od MEC-a jedinstvene u time da moraju da se dese u odgovarajuće vreme i moraju biti sprečene da se dese u bilo koje drugo vreme.

Jedinica interfejsa motora

Slika 18 je blok dijagram jedinice interfejsa motora (engine interface unit - EIU) koja prati četiri Orbiterove ulazne magistrale, inercijalnu logiku u uređaju i tri komande/dva-povraćajna-podatka magistralnog interfejsa glavne kontrole motora. EIU pretvara komande primljene iz GPC-a na Orbiterovoj magistrali ka motorskoj magistrali po protokolu koji uključuje korišćenje Bose-Chaudhuri-Hocquenghen (BCH) koda za detekciju grešaka. Komande primljene na ulazu 1 i 2 prolaze kroz magistrale motora 1 i 2. Prva komanda primljena na ulazu 3 ili na ulazu 4 se selektuje i prolazi ka magistrali motora 3. EIU se takođe koristi da prikuplja važne telemetrijske podatke iz motora na dve magistrale i selektivno ih prenosi do Orbiterovog telemetrijskog sistema i GPC-a.

Slika 17 - Kontrolor glavnih disciplina

Jedinica pokretača displeja

Jedinica pokretača displeja (display driver unit - DDU) je pokretač primarnih letačkih kontrolnih ekrana i poseduje četiri ulaza magistrale podataka. Magistrala koja zapravo pokreće ekrane se manulano selektuje od strane posade rotacionim prekidačem. Serijski digitalni tok podataka na ulazu se konvertuje u DDU u odgovarajući analogni signal koji je potreban za pokretanje raznih letačkih instrumenata.

Elektronska jedinica displeja

Elektronska jedinica displeja (display electronics unit  - DEU) je uređaj koji pokreće CRT-ove opšte namene i prihvata unose od strane posade sa alfanumeričke tastature. Svaki DEU ima jednu magistralu podataka i sadrži IBM SP-0 procesor specijalne namene sa 8k 16-bit-ne znakovne memorije koja se koristi da uskladišti kritične CRT formate i DEU software. Formati ekrana i frekvencija osvežavanja selektovani od strane komandi GPC-a se izvode lokalno preko DEU-a, međutim, dinamični podaci se obezbeđuju preko GPC-ova, i integrisani su u statičan format DEU-a i osveženi u zavisnosti od učestanosti menjanja. Pritisci na tastaturi se detektuju od strane DEU-a, procenjuje im se validnost, i ako su tačni, prenose se do GPC-a.

PCM glavna jedinica

PCM glavna jedinica (PCM master unit - PCMMU) je jedinica za nabavljanje podataka, formatiranje, multipleksiranje u sistemu instrumentizacije i svaka od njih poseduje pet kompjuterskih ulaza magistrale podataka, po jednu posvećenu svakom GPC-u. Ove jedinice se koriste za prenos kompjuterskih podataka koji treba da se inkorporiraju do toka podataka telemetrijskog downlinka i za prikupljanje podataka o podacima instrumentizacije od strane GPC-a za korišćenje u sistem menadžmentu i funkcijama uzbune i upozorenja. Svaka PCMMU jedinica takođe ima dva ulaza magistrale podataka za instrumentizaciju. Ovaj interfejs sa OF i OA MDM-ovima, obuhvata mrežu instrumentizacije.  Aktivan PCMMU služi kao kontoler magistrale na ovim magistralama.

Jedinica kontrolnog interfejsa "ruke"

Jedinica kontrolnog interfejsa "ruke" (manipulator controller interface unit - MCIU) je kontrolni kompjuter za daljinski manipulatorski sistem (remote manipulator system - RMS). Poseduje jedan port na magistrali podataka koja se koristi za primanje prepravljenih ili drugih kontrolnih signala iz GPC-a.

Slika 18 - Jedinica interfejsa motora

Glavna jedinica tempiranja

Glavna jedinica tempiranja (master timing unit - MTU) je glavni izvor informacija o toku vremena

I učestalosti informacija na letelici. To nije, po definiciji, BTU (bus terminal unit) zato što on omogućuje vremenske informacije kroz tri letački-kritična MDM-a, ali je opisan ovde zbog njegovog diskretnog interfejsa sa kompleksom za procesiranje podataka. MTU sadrži dva nezavisna 4.608 megahercna oscilirajuća kristala koji operišu u aktivnom/stand-by modu. Ugrađeni detektori otklona motre performanse oscilatora i proizvode automatsku zaštitu nad prekidačima ako se pojavi događaj koji je van limita. Delioci frekvencija, brojači i akumulatori su uključeni da podmire razne izlaze koji se zahtevaju.

Više o šatlovima

Spejs šatl