עיצוב מערכות Fpga « רזולוציה גבוהה לוויין Imaging

מדוע FPGAs הם חיוניים עבור שיבושים של לוויין על-Board

מקבילות מסיבית ו-I/O Bandwidth

בניגוד למיקרו-מעבדים המבצעים זרמי הדרכה באופן משמעותי, FPGAs מורכבים ממיליוני בלוקים לוגיים ניתנים להגדרה, DSP פרוסות, וחוסמת RAM המחוברים באמצעות בד routing בעל יכולת הפעלה של מקבילה מסיבית - להקות מרובות של חיישנים למצלמה מחזור - להפוך את FPGAs אידיאלי עבור חישובים ⁇ מובנה צינורות I / gb של CMI של אינטגרציה מהירה של RMI-p-p של RMI (בטווח מהיר) עם RM-p-p-p-p-p-p-p של RMS של RMI רגיל באופן ישיר של RMI RMS של RMI של RMI של RMPSD RMI RMI RMI RMFTM RMFTMS של RMFTM RMFTM RMI RMFTM RMFTM RMI אינטגרציה בין RMFRPS של RMI RMFRPS של RMFRPS של RMS של RMFTMS של RMFTMS של RMFTM RMFTM RMFTMS של RMFTM RMF

קרינה סובלנות ו- In-Flight Reurability

FPGAs, כגון AMD (Xilinx) XQR Kintex UltraScale ו- Microchip (לשעבר Microsemi) RTFire משפחות, נועדו לשאת את הסביבה הקרינה הקשה של מסלולים נמוכים וגיאו-סיונאליים.הם משלבים את דרישות עיבוד זיכרון תצורה, משימות תלת-ממדיות קבועות (TMR) על מסלולים קריטיים, latch ו-upupupupupupupup-מאפשרות לתפקוד חדש של מחזור חיים של מחזור חיים של שימושי של שימושי של שימושי של שימושי, לאחר יכולת עיבוד מחדש של שימושית של שימושית, לאחר הפעלה מחדש של שימושית של שימושית של אלגוריתמית של אלגוריתמית של שימושית של אלגוריתמית של שימושית, לאחר שיפור של שימושית של משימות עיבוד מחדש של שימושית של שימושית של אלגוריתמית של אלגוריתמית של אלגוריתמים מחדש של משימות עיבוד נתונים מחדש של אלגוריתמית של אלגוריתמית של אלגוריתמית של משימות עיבוד מחדש של שימושית, לאחר הפעלה מחדש של אלגוריתמית של אלגוריתמים, לאחר שיפור של משימות עיבוד נתונים מחדש של משימות עיבוד, לאחר שיפור של משימות עיבוד נתונים חדשים של אלגוריתמים, לאחר שיפור יכולות הפעלה מחדש של משימות עיבוד אוטומטי של

אתגרים מרכזיים ל- High-Resolution Imaging

מידע באמצעות חישוב ו-Time Constraints

תכנון צינור עיבוד עבור צלמת לוויין הוא תרגיל באי איזון בין לוח, כוח, וחוסן מחזור תחת מגבלות חמורות.קצב הנתונים הגולמי מ חיישן קו פנוכרומטי יחיד עם 50,000 פיקסלים לרוץ ב-100,000 שורות לשנייה יכול להגיע 7.5 Gbix, ומערכת רב-ספקית עם ארבעה להקות אשר איור.

ניהול כוח ו-Thermal Management

תקציבי Power PCB על לוויינים קטנים עשויים להיות נמוכים כמו 20-50 W עבור כל המטען, משאיר רק קומץ של וואט עבור לוח ה-FPGA. ניהול תרמית מורכב הבעיה כי המכשיר חייב לנתק חום ללא הדבקה. מעצבי לחימה כוח דינמי יותר על ידי ניצול של שעון פולש, צמצום פעילות באמצעות טיפול ב-HDL מכווצת משאבים, ושימוש ב- DSPRic תוספת של ציוד חום אחיד ל-R.

השפעות קרינה וגמישות

השפעות קרינה, במיוחד זעזועים חד-משמעיים (SEU) כי תצורה ביטאונד או תוכן BRAM, יכול לשנות את התנהגות האלגוריתם ויש להפחית באמצעות ריצוף מחדש תקופתי. חד-אפילו לאהלכות (SEL) יכול לגרום למסגרות קבועות, מניפולציה של SEL-IOS.

Mass and Volume Constraints

מסה Strict ומגבלות נפח של פלטפורמות לווייני לדרוש מאוד משולב, קומפקטי גורמים שבו כל סוגיית מהימנות אות - מ crosstalk ברמת לוח הזמנים ועד סיום - יש לדמות ולאאומת לפני ההשקה. מחברים בעלי יכולת גבוהה ורב-שכבות עם חסימה מבוקרת הם חיוניים. FPGA לעתים קרובות משלבת רגולציה כוח, זיכרון, ו transceivers לתוך מודול יחיד פחות מ -1002 ס"מ אפשרות להחליף את ה-x להפחתה של לוחות זמנים חדשים.

אדריכלות מערכת של תמונה מבוססת FPGA

רכישת נתונים מראש

מערכת הדמיה מבוססת FPGA בדרך כלל עוקב אחר צינור שמצמצמצק את זרם הנתונים לתוך שלבים מבצעים במקביל. בקצה הקדמי, קישורים סידוריים מהירים נושאים קישור מצלמה, CoaXPress, או תמונת חלל של SpaceFibre deserialry הם deserialed לתוך מילים מקבילות פיקסל. FPGA לאחר מכן חל על תת-ערוצית, תיקון, ו pixel החלפה באמצעות לוח זמנים לוגיים אלה עשויים להיות דחוסים על שעון DR.

נורמליזציה ו עיבוד ספארי

ברגע שהנתונים של חיישן-raw תקינים, זה זורם לתוך שלב עיבוד מרחבי אשר מבצע הדגמה (עבור חיישנים מערך סינון צבע), תיקון עיוות גיאומטרי, ו, עבור חיישנים דחפורים, השלב הקריטי של תפור תמונה כי קו מאגד לתוך מסגרות מתפתלות. אלגוריתמים דמוגרפיים כמו biLironicive או הסתגלות הומוגניציה אדוגניות, הם מיומים אופטיים על ידי קו מבוזרים אופטיקה ו-מפוסקים פוטנציאליים.

ניהול זיכרון ודיכוי

בקר זיכרון נפרד ומנוע DMA מנהלים את הגישה גבוהה בפס עדי לב של DRAM. Frame buffcore חיצוני, קו צ'יפס, וטבלאות ה- DMA מחולקות באופן עסיסי על פני ה- FPGA ו משאבי תזמון אולטרהRAM כדי למזער את ה- latency.לאחר שיפור תמונה, הנתונים מוזנים לדחיסה, לעתים קרובות יישום של JG-LS, המבוסס על ידי מערכת ההפעלה 12GR.

עיצוב קווית עיבוד בזמן אמת

Pixel-Levelסטרימינג

הלב של המערכת הוא צינור ברמה פיקסל, אשר חייב להיות מתוכנן כדי לעמוד בקצב קו מלא ללא לחץ אחורי.עבור שיעור קו 50 kHz, ה-FPGA יש 20 מיקרו-שניות כדי לעבד קו שלם על כל הלהקות.שימוש באדריכלות משולבת עמוק של Dspecel, כל שלב פועל על תת-קבוצה של הנתונים בזרמה.

« מינוף רב-המרכזי ופאן-שוואדוק

היערכות רב-ספקטרוםית וקידוד משותף דורשים במיוחד.כי להקות ספקטרליות שונות יכולות להיחשף בזמנים או זוויות מעטות, תת-פיקסל אינטרפולציה נדרשת כדי להתאים את הלהקות. FPGA DSP פרוסות להאיץ מעוקב או דו-לינארי, וקו buffers מאפשרות חלון זמני הכרחי של כמה קווים סמוכים כדי להיות מאוחסנים.

שלב קבוע אריתמטי ואופטימיזציה של משאבים

יש לנתח את הדיוק הקבוע באמצעות סימולציה כדי לקבוע את אורך המילה המינימלי כי להימנע פריטים גלויים.לדוגמה, ייצוג קבוע של 16 סיביות עבור ערכי פיקסל עם 8 סיביות חלקים חלקיים לעתים קרובות מספיק עבור תיקון ושלבי דחיסה, בעוד מסנן מרחבי עשוי לדרוש 24 סיביות של קידודים כדי למנוע אופטימיזציה של משאבים לאורך זמן.

ניהול חשמל וקרינה

טכניקות חסכון באנרגיה דינמי

צריכת כוח FPGA היא פונקציה של מעבר דינמי, דליפות סטטית, ו- I / O סיום. מעצבי לחימה כוח דינמי על ידי ניצול שעון גינון והורדת פעילות מעבר באמצעות שיתוף משאבים HDL קידוד.שימוש ב- DSP ייעודי במקום ייצור לוגיקה עבור ריבוי מכשירים ותוספת יכולה להפחית את כוח וניתוק מחדש של 2, תוך כדי שינוי חלקי מאפשר החלפת ללא שימוש זמני של תפקוד אווירי, כגון החלפת חשמל מופעלת, כלומר, רק בתנאי מדידה יעילה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, רק בתנאי ש-אורדמת הפעלה יעילה יותר של 0.

קרינה: עיצוב

קרינת קשיחות היא משמעת רב שכבתית.החלקיק ה-FPGA עצמו חייב להיות נבחר עבור מנה כוללת של מינון (TID) סובלנות (לעתים קרובות > 100 krad) ו- יחיד-אפילוט latch-up (SEL) חסינות, לאחר מכן עיצוב תוספי מערכת הפעלה של מחזורי מיקרו-מודולציה עם מחזורי זיכרון תלת-ממדיים (TMR) לשימוש מתמשך במכונות מצב קריטי ומכשירים סופיים עבור תוכן BRAM.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

יש לתכנן את הסקיר עם נטייה נמוכה למזער את החלון עבור סדקים מרוביםביטים. נפיחות עיוורת, מחזורים דרך כל מסגרות התצורה ללא קשר שגיאות, הוא פשוט יותר אבל פסולת כוח. קראבק פענוח, אשר בודק כל מסגרת נגד עותק זהב, הוא יעיל יותר אבל דורש לוגיקה נוספת. עבור זיכרון חיצוני, ה-DMA חייב לתאם עם בקר כדי להבטיח כי נפיחות כי אין לעבור משימות מתקדמות על פני מחזורי ראייה, תוך כדי שמירה על פני מחזורי צילום.

שילוב של AI ו- Machine Learning ב-Orbit

« « הצצה ל-Board Analysis

אחת המגמות הטרנספורמציות ביותר בהדמיית לוויין היא המעבר מדחיסה פשוטה לניתוח מחשוב חכם על הסיפון.במקום לשלוח כל פיקסל שנתפס על הקרקע, FPGAs יכול כעת לארח רשתות עצביות אבולוציה המבצעים בדיקת ענן, מים מסכימות, כלי שיט, או זיהוי כתמי בר.1 רק את אמצעי האבטחה של מדע או מטא-נתונים מנקה, להפחית את הגמישות ממרחק של כ- 10,000 שעות מעקב לאחר מכן, ל-CNN, ל-125 שעות מעקב.

כלים ואדריכלות ל-FPGA Inference

כלים כמו AMD Vitis AI ו- OpenVINO של אינטל מספקים זרמי סינתזה ברמה גבוהה כי לכמת ועיבוד רשתות מאומן לתוך מאיצים מקבילים FPGA. A CNN מנוע הניתוק לתוך מדרגה בינונית FPGA יכול לעבד מעל 100 מגה פיקסל לשנייה בתקציב כוח של פחות מ 5 W.

עדכון מודל הזרקורים

פריסת טיסה של מודלים מעודכנים באמצעות תיקון חלקי כבר הוכח על משימות כגון ESA spLT:0 ⁇ sat-2earFLT:1, אשר נושאת מאיץ AI המשולב עם תמונה היפר-ספקטרום. ESA FPGA יכול להחליף מודל זיהוי ענן עבור מודל זיהוי אש בר במילי השניות, להסתגל למשימות ללא הפרעה זו נפתחת מחדש על ידי מעבדים חדשים של AI.

בדיקה, אימות ו Qualification

סימולציה ו Emulation

האופי הבלתי סלחני של החלל פירושו שמערכת הדמיה של FPGA חייבת להיות מאומתת לשקרציה מוחלטת לפני ש- C- אימות מתחיל עם סימולציה RTL של הצינור כולו, להאכיל אותו עם תמונות ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ מיפוי bitexact נגד מודל C-puts. עיצובים ברמה גבוהה נבדקים עם סביבה משותפת כי משווים חומרה נגד קידוד גרפיטידקולי של C-Intras.

איכות הסביבה והקרינה

כישורים סביבתיים נושאים את אב הטיפוס לטטציה, הלם, רכיבה תרמית ווואקום.ה-FPGA חייב להפגין פעולה ללא שגיאות בטווח טמפרטורה רחב, בדרך כלל -40 מעלות C ל +85 מעלות צלזיוס עבור חלקי כיתה תעשייתית או רחב יותר עבור מכשירים לטווח צבאי. בדיקות קרינה מתבצעות במתקנים מיוחדים באמצעות Proton או כבדות beams כדי למדוד מחסנים חד-פעמי השפעה יחידניים ולאמת ההסתברות של זמן רב, כדי למדוד את ההסתברות כפולה של לוח הבקרה.

מערכת סיום-סוף אימות

מעבר לבדיקות רכיב, יש לאמת את שרשרת ההדמיה כולה במערך משולב הכולל את החיישן, אופטיקה, FPGA לוח, ו משדרטר.זה כרוך בלכידת דפוסי בדיקה מהמטרה ברזולוציה גבוהה, עיבודם באמצעות צינור FPGA, והשוואה בין הפלט עם אמת רזולוציה. Bit rate בדיקות על ממשק הדחיסה של מטה כי שגיאות הן בתוך גבולות סבירים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מעורבות

שיעור נתונים גבוה יותר ואדריכלות FPGA חדשה

הדור הבא של תמונות ברזולוציה גבוהה מבטיח מרחקי תת--30 ס"מ מהמסלול כדור הארץ נמוך, יצירת שיעורי נתונים שיננסו מערכות של היום.כדי להתמודד, ספקי FPGA מפתחים מערכות סובלניות קרינה על שבב המשלבות בד FPGA עם מעבדי זיכרון רב-תחומיים קשים, המאפשרים לממשקי זיכרון מרובים-מ"מ"מ"מ" (HBM), ומנועי AI ייעודיים להתאמה של AMD.

מיפוי תוכנה ו- Dynamic Reuration

הדמיה מוגדרת תוכנה, שבו צינורות FPGA מבוסס על סוג יעד - המתגבש מצב דינמי-טווח גבוה על פני האוקיינוסים למצב רב-פתרון על-ידי מסגרת על אזורים עירוניים - יהיה מעשי באמצעות חילופי תפקוד דינמי ופרמטרים ממוחשבים-learning מזג אוויר מונעים על ידי מכשיר הדמיה, זה מאפשר לווייני יחיד לשרת לקוחות מגוונים עם מוצרים מותאמים.

קוד פתוח-מקור Ecosystems

בינתיים, מערכת אקולוגית הקוד הפתוח סביב RISC-V ⁇ ו- (FLT:0Vitis AIigFLT:1 מסגרת מורידה את המחסום לפיתוח מאיצים מותאמים אישית של חללים. Open-source כלים כמו מסגרת LiteX לספק ליבות רישוי מתקדמות יותר עבור בקרים זיכרון, Ethernet, GPIO, צמצום זמן הפיתוח עבור לוח חללים.

מסקנה

מעצבים שיכולים לשלוט על שיתוף הפעולה של אופטיקה, אלגוריתמי עיבוד תמונות, וחומרה FPGA יעצבו את העתיד של חישה מרחוק.על ידי הפקת מידע נוסף עבור וואט ו- per קילגרם, הם מאפשרים לקונסטלציה של לווינים קטנים כדי לספק את תופעות השרשרת הרצינית, ברזולוציה גבוהה רק לאחר שמורה עבור מיליארד דולר משימות הדגל, ובכך תדמוקרטי גישה לאינטליגנציה גולמית, השילוב של קרינת אנרגיה מתקדמת, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח המאובטחת, ימשיכו לפתח את המאובטחת, אשר תמשיך את המאובטחת, אך ורק על פני השטח של מערכות ההפעלה המאובטחת של מערכות ההפעלה המאובטחת, אשר תמשיך את המאובטחת של מערכות ההפעלה המאובטחת של מערכות ההפעלה המאובטחת, אך ורק על פני כדור הארץ, אך ורק על פני השטח של מערכות יחסים של מערכות יחסים מתקדמות יותר, אך ורק על פני השטח, אשר ימשיכו לפתח את הטלוויזיות הגמישות מתקדמת, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני כדור הארץ, אשר ימשיכו לפתח את הגמישות מתקדמת, אשר ימשיכו לפתח את הגמישות מתקדמת, אך ורק על פני כדור הארץ, אשר ימשיכו לפתח את הגמישות, אשר ימשיכו לפתח את יכולות מתקדמות יותר, אשר ימשיכו לפתח את יכולות מתקדמות יותר, אך