Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование потоков высокоэнергичных заряженных частиц в окрестности Земли
1.1 Эксперименты по изучению зарядового соотношения в электрон-позитронных потоках в окрестности Земли 12
1.2 Эксперименты по изучению всплесков ВЗЧ в ОКП 13
1.3 Эксперимент «МАРИЯ» по изучению зарядового соотношения электронов и позитронов в окрестности Земли 15
1.3.1 Физическая схема магнитного спектрометра 15
1.3.2 Основные системы регистрирующей электроники 17
1.3.3 Основные результаты эксперимента «МАРИЯ» 18
1.4 Вопросы применения микропроцессоров в бортовой научной аппаратуре для космофизических исследований в ОКП 21
Заключение к Главе 1 25
Глава 2. Магнитный телескоп — спектрометр «Мария-2» для изучения состава радиационного пояса Земли
2.1 Возможности и задачи эксперимента «МАРИЯ-2» 26
2.2 Автоматический спектрометр «Мария-2» 28
2.2.1 Функциональная схема спектрометра 28
2.2.2 Система сбора и обработки информации 29
2.2.3 Время-цифровой преобразователь 33
2.2.4 Алгоритм работы ССОИ 34
2.2.5 Вопросы наземной отработки ССОИ 36
2.3 Основные результаты эксперимента «МАРИЯ-2» 38
2.3.1 Высокоэнергичные электроны и позитроны в РПЗ 38
2.3.2 Протоны с энергией 30-100 МэВ в РПЗ 39
2.3.3 Пространственное распределение электронов и позитронов под РПЗ 40
2.3.4 Высокоэнергичные частицы РПЗ и сейсмичность Земли. 41
2.3.5 Антипротоны в ОКП 43
Заключение к Главе 2 51
Глава 3. Проблема автоматизации бортовых научных приборов и два подхода к ее решению
3.1 Требования, предъявляемые к электронным компонентам для бортового научного оборудования 52
3.2 Разработка ССОИ на основе микропроцессора для спектрометра «Ирина» 54
3.2.1 Состав спектрометра и его основные характеристики 54
3.2.2 Аппаратное и программное обеспечение ССОИ для малогабаритного спектрометра «Ирина» 56
3.2.3 Результаты калибровки спектрометра 62
3.3 Применение стандартного процессорного модуля для ССОИ в эксперименте «СП-1» 63
3.3.1 Постановка задачи для эксперимента «СП-1» 63
3.3.2 Описание физической схемы спектрометра 65
3.3.3. Описание функциональной схемы прибора 66
3.3.4 Описание системы сбора и обработки данных 69
3.4 Вопросы программно-алгоритмического обеспечения 74
Заключение к Главе 3 77
Глава 4. Разработка автоматической малогабаритной специализированной аппаратуры для исследования предвестников землетрясений на борту ИСЗ
4.1 Условия для проведения эксперимента «АРИНА» 79
4.2 Описание детекторной системы прибора «Арина» 81
4.3 Быстродействующая триггерная электроника прибора 82
4.4 Описание функциональной схемы прибора 83
4.5 Разработка и создание БСОИ для прибора «Арина» 84
4.5.1 Разработка общей структуры БСОИ 84
4.5.2 Разработка отладочного варианта БСОИ 86
4.5.3 Разработка штатного варианта БСОИ 97
4.6 Вопросы отладки программно-алгоритмического обеспечения 99
4.7 Вопросы наземной отработки прибора 103
Заключение к Главе 4 105
Глава 5. Применение микропроцессорных систем в интерфейсах к бортовой аппаратуре
5.1 Программно-аппаратный способ реализации внешнего интерфейса при участии основного процессора прибора 107
5.2 Реализация внешнего интерфейса на основе программируемого стандартного модуля 110
5.3 Реализация внешнего интерфейса на основе на основе специализированного программируемого контроллера с применением ПЛИС 115
5.3.1 Описание процессорного модуля 116
5.3.2 Описание модуля ввода-вывода на основе ПЛИС 118
Заключение к Главе 5 123
Заключение 124
Список литературы 127
- Эксперименты по изучению зарядового соотношения в электрон-позитронных потоках в окрестности Земли
- Пространственное распределение электронов и позитронов под РПЗ
- Аппаратное и программное обеспечение ССОИ для малогабаритного спектрометра «Ирина»
- Реализация внешнего интерфейса на основе программируемого стандартного модуля
Эксперименты по изучению зарядового соотношения в электрон-позитронных потоках в окрестности Земли
Система регистрация и сбора информации прибора «Мария» была построена на так называемой «жесткой» логике, те есть без программного управления процессом регистрации. Присутствие быстродействующего арифметического процессора для вьиисления угла отклонения, предельно уменьшало мертвое время прибора при регистрации интенсивных потоков частиц, снижало общее число сбоев, но не позволяло решить проблему автоматизации прибора в целом. В результате: предполетная калибровка прибора заняла много времени и оказалась не столь эффективна, а ряд результатов калибровки так и не был своевременно обработан и, соответственно, не были внесены коррективы; была невозможна реализация гибкого алгоритма отбора событий (выработка триггера 2-го уровня), что снизило качество полученных результатов; не был поставлен контроль за сбоями, их локализацией и, возможно, устранением по ходу эксперимента; не бьш реализован алгоритм сжатия информации, позволявший сократить мертвое время прибора при выводе информации, что приводило к «провалам» при регистрации всплесков частиц; ряд важных параметров прибора (например, длительность «окна» ПД, определявшего эффективность отбора по времени пролета частиц) не контролировались вовсе. Было отмечено более десятка только крупных недостатков. В процессе выполнения эксперимента научная группа пришла к единому мнению, что при наличии специалиста, одновременно знающего методику измерения и имеющего опыт разработки МП систем, указанных недостатков можно бы было и избежать. В результате, при подготовке эксперимента «Мария-2» в 1986 году в научную группу бьш привлечен автор диссертации - сотрудник Кафедры экспериментальных методов ядерной физики, где с 1979 года велись разработки по применению микропроцессорных систем в бортовых космофизиче-ских приборах (гамма-телескопы «Юлия», «Гамма-Б», «Татьяна» и др.). К сожалению, на то время еще не было результатов применения подобных приборов (все они находились в той или иной стадии разработки). Таким образом, прибор «Мария-2» должен бьш стать для автора первым пробным «камнем» в решении вопросов применения отечественной МП техники в космическом приборостроении.
Выше отмечалось, что первые сообщения о возможности применения перспективной техники в космофизических научных приборах появились практически с появлением первых микропроцессоров (конец 70-х прошлого тысячелетия). В настоящее время за счет внедрения новых технологий в производство и отбраковку МП продукции [15], рынок доступных МП элементов космического применения заметно расширился. Появился выбор и перспективы применения МП в данной отрасли науки. Все вышеизложенные факты и определяют значимость и актуальность темы исследования- разработки и внедрения в логику системы сбора информации космофизического прибора современных элементов микропроцессорной вычислительной техники.
Задачи, возникающие при исследовании потоков заряженных частиц в окрестности Земли, достаточно разнообразны. Помимо определения интенсивности излучения, зачастую также необходимо установить энергетический спектр частиц и их природу, то есть распределение по массе, заряду и т.п. При этом, аппаратура должна быть компактна и экономична, так как большая интенсивность частиц, например в РПЗ, способствует разработке и применению приборов преимущественно небольшого размера. Можно привести и более исчерпывающий перечень свойств приборов для решения вышеуказанных задач. Следовательно, конкретные задачи, стоящие перед разработчиком при автоматизации научных приборов, должны отражать или, точнее, быть совместимыми с концепцией конкретной методики измерения. Неоправданное применение элементов МП техники (например, не очень гибких, но быстродействующих процессоров вместо универсальных с развитой системой команд), может не только не увеличить, но и снизить эффективность данного применения.
Очевидно, что при разработке научной аппаратуры для проведения автономных исследований нестационарных потоков частиц, необходимо, прежде всего, решить задачу гибкого и своевременного управления информационными потоками данных в самом приборе, (а не только по расчетным командам с Земли), правильно оценивать и планировать время измерений, оперативно выбирать главный тригтерный сигнал при многомерных измерениях в реальном времени. Это практически невозможно без применения в подобных приборах современных элементов микропроцессорной (МП) вычислительной техники, например таких, как однокристальных микро-ЭВМ, или достаточно мощных микропроцессоров с поддержкой арифметических сопроцессоров. Здесь возможен вариант и распараллеливания процессов при решении указанных выше задач за счет применения мультипроцессорных систем.
Наконец, дополнительно, уже в процессе создания и внедрения в логику управления прибором (в частности, на основе СТ) нескольких вариантов интеллектуальных центров, с учетом дальнейшей перспективы данных разработок, можно поставить задачу оптимизации выбора программно-аппаратных средств для создаваемой «линейки» или серий промышленных научных приборов, в том числе, устанавливаемых на ИСЗ. Под этими словами автор понимает, прежде всего, уже сложившуюся на основе накопленного программно-аппаратного опыта предыдущих разработок практику выбора построения конкретной МП системы для новых космофизических приборов.
Несомненно, каждый эксперимент, проводимый в космосе по-своему уникален, однако, принцип широкого применения МП систем за счет их уникальных свойств, требует определенного навыка применения и определенного набора стереотипных решений с целью сокращения сроков внедрения новых разработок, повышающих также и экономическую эффективность внедрения при сложившихся современных тенденциях в космическом приборостроении.
Из обзора и анализа технической литературы за период 1980-85 г.г. по применению МП в данной области исследования следует, что практически нет роста числа таких применений. Число публикаций, относящихся к применению МП для спектрометрии частиц в ОКП на борту ИСЗ, исчисляется единицами. Некоторые из них, реализующие алгоритмы регистрации всплесков, идентификации частиц, управления электронной апертурой телескопов и др., кратко рассмотрены ниже.
Пространственное распределение электронов и позитронов под РПЗ
Для минимизации потребляемой мощности ИМС ПЗУ на него предусмотрена подача импульсного питания +5В с источника (ИИП) в момент обращения (по сигналу CS «Выборка ПЗУ»). Объем системного ПЗУ достаточен для содержания в нем доста точно сложных штатных программ управления ССОИ. Для системных нужд, а также в отладочных целях, ССОИ имеет собственное системное ОЗУ. С помощью данного ОЗУ проводятся операции по инициализации системных регистров, отбору полезных собы тий по критерию отбора, формированию формата «Событие», подлежащего вьщачи на і ТМ или МГ, а также отладке (на стадии отработки прибора) отдельных алгоритмов. Для этого ОМП через УВВ имеет связь с наземным КИА, в состав которого входит ПЭВМ. Обмен данными производится по каналам А и В, а управляющими сигналами - по каналу С. Для отладки программного обеспечения компьютер КИА записывает модуль программы (256 байт) в машинных кодах в УВВ, а ОМП переписывает его в системное ОЗУ, начиная с определенного адреса. Наличие модуля отладочной программы в буфере УВВ и переход на отладочный алгоритм осуществляется через сообщение в командном регистре УВВ, которое МП периодически проверяет.
В случае потери процессором управления программой, предусмотрены два случая его вывода из состояния «зависания». В первом случае, если процесс «зависания» продолжается более нескольких секунд, на вход RES ОМП подается сигнал «Сброс» со сторожевого таймера (СТ), если его работа разрешена. Алгоритм работы ОМП разработан так, что периодически, например каждую секунду, процессор должен обращаться по адресу СТ. Во втором случае используется специфика организации системы прерывания ОМП. Например, при зависании ОМП обычно попадает на произвольные адреса, где при отсутствии адресата (ОЗУ, ПЗУ, регистров) считывается код команды FFh, то есть всегда содержится команда «Перезапуск» и переход на ячейку адреса 03 8Н (эта методика сохранилась от разработки ССОИ «Мария-2», где данная «уловка» помогла отладке системы). Естественно, что с указанного адреса ОМП начнет подпрограмму тестирования и восстановления режимов.
Все элементы блока ОМП связаны между собой локальной (внутренней) магистралью LBUS, которая включает шину данных, укороченную адресную шину, а также некоторые управляющие сигналы. Для выхода на XBUS (внешнюю магистраль СМ) все сигналы буферируются через ИМС серии 588 ВА1, имеющих высокоимпедансное со стояние. В случае резервирования (дублирования) блока ОМП (в штатном варианте) оба блока должны иметь развязки по питанию для элементов, выходящих на СМ (даже, если один блок находится в «холодном» резерве). Включение «основного» блока осуществляется по команде ТМ путем подачи на него напряжения питания. Отличительным свойством данного ОМП является возможность передачи данных по последовательному каналу (вход SID, выход SOD), что используется в ССОИ для его подключения к бортовому записывающему устройству типа МН-61. Для согласования уровней и временной синхронизации при записи и считывании данных используется устройство сопряжения (УС). Поскольку ОМП имеет совмещенную шину данных (D0-D7) и старших адресов (А8-А15), блок содержит демультиплексор (ДМ) данных шин на регистре-защелке (ИМС 588ИР1). Старшие адреса появляются на выходе схемы при ее стробировании сигналом ALE. Все необходимые для работы ССОИ сигналы образуют системную магистраль ССОИ, к которой подключаются остальные блоки и узлы ССОИ прибора. Следует отметить, что главный мастер М поступает на наиболее приоритетный вход прерывания ОМП для адекватной реакции на поступающие в реальном времени события. Остальные прерывания (от УВВ и УС) равноприоритетны и обрабатываются в порядке их поступления. В заключение описания блока ОМП следует подчеркнуть, что компактность обвязки процессора (всего 5 микросхем) позволила разместить на плате размером 200x160 мм две одинаковые системы с разреженной плотностью печатного монтажа, что значительно упрощает их объединение в СМ, а также снижает уровень генерируемых и вос-принимаемых электромагнитных помех (в 1,5 раза по шине +5В). В приборе к блоку ОМП через системную магистраль (СМ) подключается другой блок ССОИ - блок накопительного запоминающего устройства (НЗУ), состоящий из двух буферных ЗУ (НЗУ 1-4 и НЗУ5-8, на схеме не показанной) для записи данных с регистров данных (РГД) блока счетчиков (интенсиметров) и блока ВЦП 1-4, состоящего из 4-х ВЦП сигналов с ПК1-ПК4. Блоки НЗУ1-4и НЗУ5-8 имеют емкость по 16 Кб и реализованы на основе 32 ИМС серии 537 РУЗА (емкостью 4 Kxl бит каждая). Доступ в пространство НЗУ осуществляется через адресный дешифратор (ДША) при выборке на линии А15 логической «1», доступ в полупространство - выборкой линии А14. Блок НЗУ может функционировать автономно, так как при режимах высоких загрузок событиями (или занятостью процессора обработкой массивов, сопровождаемыми сигналом BUSY) его может обслуживать встроенный в блок контроллер прямого доступа в память (КПДП) процессора ССОИ. Рис. 3.4 Функциональная схема блока НЗУ КПДП представляет собой устройство, которое, получив сигнал BUSY (РПД), последовательно, начиная с некоторого базового адреса (начало страницы) выставляет на магистраль СМ адрес регистров чтения данных (начиная со счетчиков СЧ1-СЧ4, затем ВЦП1-4), а затем, удерживая этот адрес и дожидаясь появления кода данных на СМ, вырабатывает строб-импульс для записи считанного байта в отведенную стра ницу НЗУ. Для этого КПДП содержит 3-х разрядные счетчики текущего адреса байта формата «Событие» (до 8 байт), входящий в 12-ти разрядный счетчик адреса страниц (НЗУ 1-8) и счетчик страниц (до 8 страниц). Таким образом, весь НЗУ имеет два доступных банка по 16 Кбайт (4 страницы по 4Кбайт) в каждом.
Аппаратное и программное обеспечение ССОИ для малогабаритного спектрометра «Ирина»
Одним из дальнейших, но более ранних применений (1990 г.) современных достижений МП техники, была разработка ССОИ на основе радиационностойкого микропроцессора для малогабаритного магнитного спектрометра «Ирина» на основе пропорциональных камер с газовым наполнением. Прибор был подготовлен к установке на высо-коапогейный ИСЗ типа «Метеор» с высотой орбиты около 1000км. В состав бортового спектрометра был встроен радиационно-устойчивый микропроцессор типа 80c85RH для сбора, предварительной обработки и вывода информации на бортовые телеметрические устройства. Дополнительно, микропроцессор по известным координатам прохождения частиц через рабочее вещество спектрометра позволял корректировать возможные ошибки в определении прибором углов отклонений частиц в магнитном поле, что увеличивало коэффициент отбора полезных частиц в несколько раз. Прибор в 1990 году прошел квалификационные испытания в НИИЭМ г. Истра, а также калибровку на ускорителе, где были получены результаты, подтверждающие работоспособность как прибора, так и микропроцессорной системы в его составе. К сожалению, экономическая си Проблема автоматизации бортовых научных приборов и два подхода к ее решению туация в стране не позволила осуществить проект (запуск бьш запланирован на конец 1991 года) на практике. Однако, невзирая на тяжелые последствия данного периода, коллектив лаборатории Космофизики МИФИ в 1996 году приступил к разработке оче редного нового проекта для экспериментального подтверждения оригинальной методики краткосрочного сейсмического прогноза, основанной на возможной взаимосвязи резких возрастаний интенсивности потоков ВЭЧ и сильными землетрясениями.
Для исследования взаимосвязи между всплесками высокоэнергичных заряженных частиц в РПЗ в 2000 году бьш создан спектрометр заряженных частиц «СП-1», в состав системы сбора и обработки данных (ССОД) которого входил микропроцессорный контроллер (а точнее, микро-ЭВМ) с высокой вычислительной мощностью. Поскольку прибор был предназначен для установки на борту ОНС «Мир», где в то же время еще проводился эксперимент «Мария-2», появлялась уникальная возможность регистриро вать всплески частиц синхронно двумя приборами, причем с различными методами регистрации заряженных частиц (магнитным и времяпролетным - «Мария-2», и пролетно-пробежным на «СП-1»). Мощная вычислительная поддержка, осуществляемая в эксперименте «СП-1» контроллером 5025 ф. Octagon, позволяла, в случае регистрации статистически значимого всплеска ВЗЧ и после предварительной обработки энергетических спектров частиц, восстанавливать приблизительные координаты предполагаемого эпицентра землетрясения. Восстановление проводилось по программе, включающей систему уравнений движения ВЗЧ в магнитном поле.
К сожалению и этот проект не бьш доведен до практического применения из-за факта затопления ОНС «Мир» в 2001 году. Прибор, прошедший испытания на комлексном-стенде ИКИ РАН в 1999 г. так и не смог попасть на борт станции. Прекратил свое существование и проект «Мария-2», внесший за почти 15-летний период весомый вклад в исследования магнитосферных процессов.
Однако, исследования всплесков заряженных частиц в магнитосфере Земли на этом не закончились. На базе образца прибора «СП-1» сегодня разрабатывается проект модернизированного спектрометра-телескопа «Нина-Солнце» [59], включающего автоматическую времяпролетную систему (ВПС) для измерения времени пролета через детекторы С1 и СЗ (расположенных на расстоянии порядка 40 см друг от друга) легких ядер в окрестности Земли на борту МКС. ВПС разрабатывается научной группой Кафедры электронных методов ядерной физики под руководством проф. Григорьева В.А. Описание данного проекта выходит за рамки настоящей диссертационной работы.
В данной главе подробно рассматривается разработка и создание ССОИ для первого в мире целевого научного проекта «АРИНА» по исследованию корреляции между всплесками ВЗЧ в магнитосфере Земли и наиболее сильными землетрясениями. Как отмечалось в Главе 1, сформировалось научное мнение, подкрепленное первыми экспериментальными результатами, о том, что существует взаимосвязь между сейсмической активностью и возрастанием интенсивности потоков ВЗЧ. Ожидается, что подобные всплески ВЗЧ могут иметь место за 1,5-2 часа до начала возможного землетрясения, то есть выступать в роли их космических оперативных предвестников.
Проект «АРИНА» будет проводиться на борту ИСЗ «Ресурс-ДК1» в 2006 году с помощью автоматического спектрометра «Арина», разработанного в 2001-2005 г.г. коллективом ИНКОС МИФИ при непосредственном участии автора.Как отмечалось выше, прибор "Арина" предназначен для регистрации всплесков высокоэнергичных заряженных частиц - Прибор «Арина» подлежит установке в термоконтейнере на КА «Ресурс-ДК1» (рис. 4.1), орбита которого (высота 600-800км, наклонение 82 град.) отличается от параметров орбиты ОНС (высота 300-400 км, наклонение 52 град.), а это приводит к другим, более жестким фоновым условиям при работе прибора. Если на орбите ОНС «Мир» практически, кроме районов БМА, которые станция пересекает за 10-15 мин, фоновые условия измерений постоянные (для данного типа приборов темпы счета составляют не более 1-10 Гц), то для данной орбиты ИСЗ фоновые условия будут подобны условиям, изображенных на диаграмме рис. 4.2, полученной по экспериментальным данным с прибора «Нина-2» [60] на КА «Ресурс-4».
На рис. 4.2 приведена зависимость темпа счета тригтерной системы прибора на низком пороге отбора событий от времени при прохождении спутником «Ресурс-04» одной из орбит (за сутки спутник делает 14.5 витков) с наиболее тяжелыми фоновыми условиями. Из рисунка видно, что темп счета изменялся в диапазоне от 10 1 с"1 до 104 с"1. Области, в которых можно проводить наблюдения в режиме полного формата, помечены римскими цифрами (мертвое время прибора «Нина-2» составляло около 6 мс). Однако, даже при таком его значении оказалось, что для витка с самыми тяжелыми фоновыми условиями время наблюдений составляет не менее 50% от периода обращения спутника.
Реализация внешнего интерфейса на основе программируемого стандартного модуля
Большие возможности микропроцессорных средств позволяют использовать их в научной аппаратуре (НА) не только для реализации основных контроллерных и вычислительных функций, но и для сопряжения с различными узлами бортовой аппаратуры (БА) космических аппаратов (КА) и станций (КС).
В случае разработки малогабаритной НА, естественно предположить, что зачастую все эти функции могут быть возложены и на один микроконтроллер НА. Однако, применение нескольких контроллеров (если это, конечно, возможно), в том числе и специализированных программируемых контроллеров (СПК) в интерфейсах к БА, заметно увеличивает как гибкость проектирования НА (особенно, при мелкосерийном производстве аналогичных друг другу космофизических приборов при их адаптации к различным интерфейсам БА), так и разгружает основной МК НА от рутинных операций по обслуживанию внешних интерфейсов. В результате, появляется возможность более гибкой реализации решения как основной задачи (по сбору и обработке информации в приборе), так и второстепенной задачи обслуживания бортовых интерфейсов.
В данной главе рассматриваются несколько подходов к применению микропроцессоров в конкретных бортовых интерфейсах для приборов «Арина» (КА «Ресурс-ДК1», «Всплеск» [66] (Российский сегмент Международной космической станции) и «Эхо-ВО» [67] (КА «Канопус-Вулкан»), отличающихся друг от друга способами их реализации. В отличие от прибора «Арина», полностью подготовленного к запуску, два других прибора находятся (на декабрь 2005 г.) на стадии испытаний их технологических образцов.
В данном разделе рассмотрены разные способы реализации программно-аппаратного интерфейса к бортовым системам. Особенностью данного способа является минимизация аппаратных средств, выполняющих специфические функции сопряжения (электрическую, синхронизирующую и др.), при сохранении управляющих функций за программируемыми средствами. В Главе 4 был описан прибор «Арина», имеющий в своем составе интерфейсный блок для передачи информации в бортовую высокоскоростную радиолинию (ВРЛ) -адаптер ВРЛ.
При реализации данного бортового интерфейса (2001 год) выяснилось, что реализация подобного блока на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) в то время была практически невозможна, в первую очередь, из-за отсутствия на рынке ПЛИС с тактовой частотой свыше 100 МГц для космического применения (сегодня, например, ф. Actel уже выпускает подобные ПЛИС).
Таким образом, было принято совместное со специалистами из НИИ ТП (организация - поставщик ВРЛ) решение об изготовлении адаптера ВРЛ на дискретных элементах логики. Данный вариант, в принципе, позволял обеспечить необходимые стыковочные требования, но, к сожалению, не был достаточно гибким.
Главной задачей адаптера ВРЛ была организация пакетной передачи данных по согласованной кабельной линии связи со скоростью 30 Мб/с. Особенностью является также и то, что данные D0-D7 должны были передаваться в линию в формате низкоуровневой логики (ЛВДС). Это было обеспечено конверторами-передатчиками типа 90DS31 ф. National Semiconductor. Гальваническую изоляцию выходных каскадов от остальных узлов адаптера обеспечивал блок гальванической развязки (БГР). Для обеспечения помехоустойчивости выходная информация в адаптере подвергалась кодировке (ШФР) по стандарту «Манчестер-И». Кодировщик работает на частоте импульсов 60 МГц, снимаемых с генератора (ГТИ). Для разравнивания входных и выходных потоков в адаптере предусмотрен буфер FIFO, вмещающий до 4-х пакетов информации. На входы буфера информация поступает с выхода мультиплексора (МПР), объединяющего данные D0-D7 и сигнал стробирования данных (СТБ), принятые входными приемниками адаптера с основного и резервного каналов передачи данных прибора.
Вывод данных на адаптер инициализирует подача в прибор команды «Вывод», которая регистрируется в МК БСОИ при опросе с частотой 1Гц статусного регистра, отражающего состояние прибора. Далее МК начинает последовательный вывод из НЗУ в регистр-защелку ВРЛ байтов из массива форматов. Для записи информации в адаптер МК вырабатывает дополнительный строб СТБ, следующий за стробом записи в регистр ВРЛ с задержкой около 100 не (для компенсации времени установления информации на входах FIFO адаптера).
Особенностью данного программно-аппаратного способа вывода информации является сравнительно невысокое его быстродействие (менее 200 кБ/с), но это компенсировалось отсутствием дополнительных узлов (типа контроллера ПДП), для размещения которых уже не было места. Следует отметить, что процедура вывода на адаптер была написана на языке Assembler MCS-51/52, что и позволило достичь необходимой производительности. В результате, общее время вывода Тв информации на ВРЛ («ворота ВРЛ») не превысило регламентное значение (Тв=1 мин).
Другим примером реализации аппаратно-программного интерфейса с БА является организация вывода информации на бортовую телеметрическую систему (ТМС) БА БИТС2-12 в спектрометре «Всплеск», разрабатываемого для работы на PC МКС (запуск прибора запланирован на конец 2006 года). Функциональная схема аппаратной части интерфейса приведена на рис. 5.2. Временные диаграммы его работы приведены на рис. 5.3. БА БИТС2-12 в режиме непосредственной передачи (НП) в зоне радиовидимости МКС выдаёт периодический сигнал готовности приёма информации (ГПР). Частота выдачи ГПР составляет 47 Гц, период ГПР при этом равен 21,3 мс. Номинальная частота выдачи тактовых импульсов (ТИ) со стороны передающего интерфейса должна быть равна 100 кГц, при этом номинал Т равен 10 мкс.
Для начала вывода информации из прибора "Всплеск", из Б А БИТС2-12 в прибор должна поступить команда «СТАРТ», по которой МК ССОИ "Всплеск" (аналогичный МК БСОИ «Арина») с приходом очередного сигнала ГПР, организовав паузу после прихода ГПР от 10 до 480 мкс, начинает побайтно (D0-D7) выдавать в регистр-защелку интерфейса НА БИТС пакет из 128 байт информации с частотой строб-сигнала STB около 100 кГц. При поступлении в прибор "Всплеск" команды «СТОП» или по окончании вывода всей накопленной информации, МК "Всплеск" прекращает выдавать в БИТС2-12 информацию. Локализация команд МК прибора происходит аналогично алгоритму МК БСОИ «Арина».
