El estándar SOSA: lo que los diseñadores de PCB deben saber | Blog

Zachariah Peterson

| & nbsp 1 de marzo de 2021

Estándar SOSA

La electrónica y el hardware militares se describen en una variedad de estándares y acrónimos, y puede ser difícil para el intrépido contratista de defensa mantenerse al día. Para los ingenieros de sistemas integrados, un importante desarrollo reciente que se ha centrado en el diseño a nivel de sistema es la modularidad a través de la estandarización. Al igual que la industria de la computación ha experimentado una adopción progresiva de estándares, el ejército está adoptando el mismo enfoque para garantizar la interoperabilidad entre múltiples proveedores y permitir la reutilización de equipos.

El objetivo del CCDC (Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate) del Ejército de los EE. UU. C4ISR / EW Modular Open Suite of Standards (CMOSS) es garantizar el mismo tipo de interoperabilidad para los sistemas militares integrados que tenemos en el sector privado. La esperanza es alejar a la industria de los sistemas integrados de las costosas arquitecturas propietarias en favor de los sistemas basados ​​en COTS. Curiosamente, la discusión sobre esto comenzó hace aproximadamente una década, pero ahora tenemos al ejército y la industria de EE. UU. Trabajando juntos para establecer estándares sobre productos integrados.

El estándar Sensor Open Systems Architecture (SOSA) es parte de esta iniciativa para estandarizar interfaces y equipos para soportar sistemas de detección en sistemas militares integrados. El estándar SOSA tiene como objetivo proporcionar una arquitectura eléctrica, mecánica y de software integral que permita la integración e interoperabilidad de los sistemas de detección mediante un enfoque modular para el diseño de sistemas integrados. Si eso suena a estándares OpenVPX para backplanes, entonces no está muy lejos … analicemos estos estándares un poco más a fondo y veamos cómo los diseñadores de PCB que trabajan en la industria necesitarán interactuar con ellos.

¿Qué es SOSA?

SOSA es un estándar técnico que tiene como objetivo garantizar la interoperabilidad entre sistemas de sensores informáticos integrados de diferentes proveedores. El objetivo es desarrollar tecnologías de sensores COTS que se puedan integrar, reparar o reemplazar fácilmente en un sistema existente. Esto elimina la dependencia de partes de proveedores específicos. Estas ideas se enmarcan en un conjunto de estándares militares emergentes, denominado Enfoque de sistemas abiertos modulares (MOSA), que abarca un grupo adicional de estándares de interoperabilidad específicos.

SOSA está relacionado con otro estándar informático modular integrado: OpenVPX. Si los dos suenan similares, hay una razón para esto, ya que ambos están destinados a garantizar la interoperabilidad.

OpenVPX frente a SOSA

Los diseñadores de backplane están (o deberían estar) familiarizados con OpenVPX; Estos estándares forman la base de SOSA y enfatizan un enfoque modular para el diseño de backplane para sistemas embebidos resistentes. Es cierto que OpenVPS enfatiza la modularidad al crear una arquitectura que combina múltiples interfaces y medios. Las interconexiones de RF, cobre y ópticas se mezclan en el mismo sistema con una variedad de velocidades y frecuencias de datos. Sin embargo, OpenVPX ha sido criticado por ser aún demasiado específico del proveedor, lo que se vuelve claro cuando comienza a buscar diferentes sistemas que requieren diseños de backplane personalizados.

SOSA limita los factores de forma de las computadoras de placa única a perfiles VITA específicos para que puedan integrarse fácilmente en plataformas de sensores a través de un backplane interoperable. Algunas aplicaciones de sistemas compatibles con SOSA incluyen radar, sistemas electroópticos / infrarrojos, SIGINT, guerra electrónica y comunicaciones. Podemos ver la interoperabilidad en estas áreas cuando comparamos algunos requisitos de placa y sistema bajo OpenVPX y SOSA.

SOSA

OpenVPX

Perfiles de ranura

Aprovecha los estándares actuales de VITA 65 (factor de forma 3U o 6U)

Múltiples perfiles de VITA

Interfaces

Aprovecha las interfaces en VITA 66 (óptico) y VITA 67 (RF)

Varias interfaces VITA

Tasas de transferencia de datos

Los sistemas actuales alineados con SOSA superan los 10 Gbps

Anteriormente limitado a 10 Gbps, ahora mucho más allá de los 10 Gbps

Rieles de potencia

Solo 12 V y 3,3 V

3,3 V, 5 V, +/- 12 V

Tono

Paso de 1.00 «para módulos de conducción y refrigerados por líquido, paso de 1.5» para módulos refrigerados por aire

Por lo general, un paso de 1,0 «, pero hay un paso de 0,8» disponible

Una gran diferencia entre SOSA y el grupo de trabajo OpenVPX es que el Ejército, la Armada y la Fuerza Aérea se sientan en el tablero de SOSA. La participación de miembros de las tres ramas tiene como objetivo ampliar la interoperabilidad a estas tres ramas principales de las fuerzas armadas. Para los diseñadores de placas, esto agrega una capa a la arquitectura de backplane estándar, que veremos en la siguiente sección.

Diseñar según el estándar SOSA

La arquitectura del sistema definida en el estándar SOSA es similar a la de OpenVPX, pero la arquitectura de alto nivel está estandarizada en términos de cómo se integran las interfaces del sensor en el backplane junto con las tarjetas secundarias. La siguiente imagen muestra un ejemplo de arquitectura de alto nivel con algunos elementos críticos dentro del estándar SOSA:

  • Tarjeta de alimentación: Esto se puede montar en la placa de varias formas para un backplane OpenVPX de 3U / 6U. En el estándar SOSA, se define como un módulo de tarjeta que cumple con los estándares VITA 46.11.
  • Conmutador VPX: Proporciona funciones análogas a un conmutador Ethernet típico, donde los datos se enrutan entre tarjetas.
  • Gestión del sistema: Aquí es donde la configuración se establece como parte del software / firmware del conmutador.
  • Tarjeta de carga útil: cada tarjeta de carga útil realiza alguna función específica dentro del sistema, es decir, procesar datos, manejar las comunicaciones del sistema, etc.
Placa posterior estándar SOSA
Diagrama de bloques de ejemplo que muestra la implementación de la gestión del sistema en un backplane.

En este tipo de sistema, la interoperabilidad proviene de la estandarización de la tarjeta secundaria bajo VITA 65 y la arquitectura de bus en el backplane. Las interfaces involucradas pueden ser buses de baja velocidad como I2C o enlaces de alta velocidad como PCIe, Ethernet multigiga, LVDS (SerDes), USB (posiblemente hasta USB 4), o algo más. El enrutamiento entre tarjetas aún sigue la misma topología utilizada en un backplane típico de OpenVPX.

Lo que sucede en cada tarjeta puede volverse más complejo. La comunicación entre tarjetas en la placa posterior debe utilizar interfaces comunes como las mencionadas anteriormente. En una tarjeta determinada, puede haber cualquier número de interfaces de baja o alta velocidad para interactuar con un módulo de sensor a través de un conector de plano posterior estándar o con otros componentes de la tarjeta. El diseño de un módulo sensor es otra área que requiere especial atención dentro del estándar SOSA. Independientemente de cómo se organice el diseño, las interfaces comunes recomendadas en el estándar SOSA ayudan a garantizar la interoperabilidad entre los diferentes componentes, independientemente del proveedor.

Dónde encontrar el estándar SOSA

Gracias a la colaboración militar y de la industria en SOSA y otros estándares MOSA, los diseños de OpenVPX seguirán siendo relevantes. Cabe señalar que SOSA aún no es un estándar final; El borrador de SOSA Versión 1.0, Instantánea 3 está disponible actualmente en The Open Group y seguirá siendo un borrador de estándar válido hasta el 30 de junio de 2021 o hasta la próxima versión importante, lo que ocurra primero.

En general, este es un desarrollo prometedor para cualquiera que trabaje en hardware militar y aeroespacial integrado, o para cualquiera que quiera trabajar en esta área. El hecho de que estos estándares sean abiertos y garanticen la interoperabilidad permite que cualquiera pueda comenzar a desarrollar productos que se ajusten a la arquitectura SOSA o sus estándares relacionados. Los diseñadores interesados ​​deben visitar la página de descargas SOSA de The Open Group para obtener la instantánea actual del estándar SOSA.

Independientemente de los estándares que rijan su diseño, las herramientas de diseño de PCB de Altium Designer® le brindan todo lo que necesita para diseñar según el estándar SOSA. La interfaz de diseño nativa ECAD / MCAD es ideal para diseños complejos en placas posteriores, SBC, tarjetas secundarias y otros sistemas resistentes de montaje en rack.

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