FPGAs Neden Gerçekten On-Board Uydu Görüntülemesi için

Massive Paralelism ve High I /O Band genişlik

Bu efekt, yüksek çözünürlükte, otomatik olarak, otomatik olarak, otomatik olarak, otomatikleştirilmiş bir kablolama sistemleri ile bağlantılı olan bu sistemlerden oluşan bir dizi işlemden oluşur.Bu mimari, uzun süre boyunca çalışır ve hızlı bir şekilde işlem yapan onlarca yüksek çözünürlükte, doğrudan otomatikleştirilmiş ekrandaki tümleşik devreler veya otomatikleştirme sistemleri için idealdir.

Radyasyon Hoşgörü ve In-Flight Re configureurability

Uzaylı FPGA'lar, AMD (Xilinx) XQR Kintex UltraScale ve Microchip (eski Microsemi) gibi, düşük ve geostationary yörüngelerin sert radyasyon ortamına dayanabilmeleri için tasarlanmıştır.SRAM-modinaklı FPGA'lar ayrıca kritik şekillerden sonra tekrarlanabilir ve kompresyona dayalı bir şekilde yapılan bir işlem algoritmaların yeniden yapılandırılması için mümkün olan görevleri yerine getirirler.

Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleme için Anahtar Zorluklar

Data Throughput ve Real-Time Constraints

Bir uydu görüntüsü için bir işlem hattı tasarlayın, bu rakamla dört gruptaki çok yönlü bir sistem dengelemek için bir egzersizdir. Tüm hacim, X-band veya Ka-band radyolarının sınırlı bantlı genişliğine sahip olmak için gerekli olan tüm ekranlarda, doğrulanmış ekranlarda sabit olmayan bir şekilde sabit olmayan bir şekilde sabitlenmiş ve sabit olmayan bir şekilde sabitlenmiş olan USB hattın sabit kalması gerekir.

Güç ve Termal Yönetim

Küçük uydularda güç bütçeleri, tüm ödeme yükleri için 20-50 W kadar düşük olabilir, sadece FPGA kurulu için özel bir avuç watt bırakarak. Termal yönetim sorunu oluşturur, çünkü cihaz şarj olmadan ısıtılmalıdır. Tasarımcılar, ikinci ısı çözümleriyle 200 mega ısı çözümünde aktif hale getirerek, yüksek çözünürlükte ısıtımı artırmak için daha iyi ısıtarak 5 yaşın altında tutabilir.

Radyasyon Etkileri ve Güvenilirlik

Radyasyon etkileri, özellikle de tek-event, yapılandırmak için (SEUs) ısıtıcı bazı veya BRAM içeriklerini geri çevirebilir ve bellek üçlüsü ile sabitlenebilir (TMR) tüm kritik devlet makineleri ve sonlu devreler için.BRAM içeriği ve dışsal DRAM verileri için, hata yapma yeteneği ile sabitlenebilir.

Mass and Volume Constraints

Uydu platformlarının kitle ve hacim kısıtlamaları son derece entegre, kompakt form faktörleri her sinyal bütünlüğü sorununun - 100 cm2'den daha az ölçülmesini sağlayan ve doğrulanmış olması. Yüksek katmanlı PCB'ler kontrol edilebilirlik kabloları ve çok katmanlı PCBler gereklidir. FPGA kurulu genellikle güç düzenlemesini, hafızayı ve transiversiyonları tek bir modüle kadar ölçmeye zorlayan ve SpaceVPX gibi standartlar, görüntüleme yükleri kolaylaştırıcı ve çok katmanlılaştırmaya olanak sağlar.

Bir FPGA-Based Imager

FrontBit Data Acquisition

İyi-arşist bir FPGA tabanlı görüntüleme sistemi genellikle, veri akışını eşzamanlı olarak yürütme aşamalarına alan bir boru hattı takip eder.In the front end, high-architected FPGA-based display system tipik olarak paralel piksel kelimelerle güncellenir. FPGA o zaman per-channel önyargı çıkarma, düzeltme ve piksel değiştirme noktaları kullanarak şarj masaları otomatik olarak şarj edilebilir.

Normalleştirme ve Spasal İşleme

Sensör çizer verileri normalleştirilirken, demosaicing (para filtre dizi sensörleri için), geometrik bozulma düzeltme ve DSP dilimleri kullanarak, polinom hatlarının kontiglinge dayalı olarak görüntü dikme aşamasını içerir.Receptearating systems likecryptear interpolasyon or adaptive homogeneity-yöned demosaicing patternleri kullanarak lineer zamanlama ve DSP dilimleri kullanarak lineer düzeltmesi gerekir. Geometrik düzeltmeler, bu iki çizgideki doğrusallık çizgisi kullanarak sabitleme tabloları kullanarak hesaplanan bir araya getirir.

Memory Management ve Promosyon

Ayrı bir hafıza kontrolörü ve DMA motoru, yüksek bant genişliğine dış DRAM. Frame buffers, line önbellekleri ve göz ardı edilen masalar, FPGA'nın blok RAM'ları ve UltraRAM kaynaklarını en aza indirmek için oldukça tartışmalıdır. Görüntü geliştirmeden sonra, veriler bir sıkıştırma motoruna beslenir, genellikle sabit bir sabitleme aşamasına kadar olan bu sabitleme işlemleriniz için sabit bir şekilde sabitlenir veya kontrol edilebilir.

Gerçek Zaman İşleme Boru Hattını Tasarlamak

PixelLevel Akışı Operasyonları

Sistem kalbi, tüm bantlar boyunca bir dizi işlem yapmak için 20 mikrosaniye sahiptir, her aşama bir akış modasında veri kümesini korumak için tasarlanmıştır. 50 kHz hattı için, FPGA genellikle bir BRAM tabanlı görünüm tablosunu kullanarak, piksel düzeltmesi tüm şeritler boyunca hiçbir şekilde uygulanabilir.

Çok fazlaSpectral uyumu ve Pan-Sharping

Çok fazla tahminli ayar ve co- ⁇ özellikle talep edilir. Çünkü farklı ⁇ grupları biraz farklı zamanlarda veya açılardan maruz kalabilir, alt-pikreli bir filtre aşaması, pankromatik bandında yer alan ve çizgi filme eklenen tüm ekranlara göre çok yönlü bir görüntü oluşturabilir.For satellitesureing, sub-pass filter-sharation, an additional high-pass filter stage separates the space details from panchromatic group andects it to the up-spectral intervals.

Sabit noktaDamatiğe ve Kaynak Optimizasyonu

Sabit nokta hassasiyeti, görsel olarak görünür eserlerden kaçınan minimum kelime uzunluğu belirlemek için simülasyon yoluyla analiz edilmelidir. Örneğin, 8bit fraksiyonel parçalarla piksel değerleri için 16 işaretli gösterimi genellikle düzeltme ve sıkıştırma aşamaları için yeterli olsa da, uzaysal filtreler, uzun süre boyunca DSP dilimlerini birçok işlemde tekrarlamak için 24bit şarj edilebilirler, örneğin HLS'nin düzeltme ve interpolasyon ile birlikte elde edilmesi gerekir. Yüksek seviyeli sentezler (HLS) incelenen tasarımcılar, hassaslık, uzun süre boyunca, LUT kullanımı ile ilgili olarak, HLS'nin her zaman doğrulanması gerekir.

Güç Yönetimi ve Radyasyon Mession

Dinamik Güç Azaltı Teknikleri

FPGA güç tüketimi dinamik geçiş, statik sızıntı ve ben / O sonlandırma. Tasarımcılar saat gating and lowering switch aktivitesini kaynak-optimed HDL kodlaması aracılığıyla kullanmak için, kalıplama için kumaş mantığı yerine özel DSP dilimleri kullanarak savaş dinamik güçle mücadele eder - sadece periyodik olarak etkinleştirilen bulut algılama için yeterli miktardaki gecikmeler için yeterli miktardaki gecikmeler için yeterli miktardaki hıza sahiptir.

Radyasyon Tasarım Tarafından Sertleştirici

Radyasyon sertliği çok katmanlı bir disiplindir. FPGA'nın kendisi tüm kritik devlet makineleri ve son derece tehlikeli bir DRAM verileri için sürekli olarak depolanmış bir çiftlik sistemi için seçilmelidir.For BRAM content and external DRAM data, error-recing codes (ECC) and periodic scovma çevrimleri sürekli olarak kullanılabilir.

Sovma ve Hata Kurtarma

Yerküre, birden fazla hata için pencereyi en aza indirmek için düşük gecikme ile tasarlanmıştır.Flock scovasyonlar aracılığıyla tüm yapılandırma çerçevelerini hataların bağımsız olarak yapılandırır, ancak önceden yapılan bir düzeltmeyi okuyun, her çerçeveyi bir altın kopyaya karşı kontrol edin, daha verimli ama ek mantık gerektirir. dış hafıza için, zeminber, DMA kontrol panellerinin veri transferlerine müdahale etmediğine göre telemetriye müdahale etmelidir. Gelişmiş tasarımları öncelikli olarak, canlı görüntüleme görevlerine karşı en yüksek öncelik verir.

AI ve Machine Learning on Orbit

Akıllı OnBoard Analizi

Uydu görüntülemedeki en dönüştürücü eğilimlerden biri, gemi algılaması veya vahşi yangın noktalarının belirlenmesidir. Her bir captured Pixel'i toprağa göndermek yerine, FPGA'lar artık bulut taramasını gerçekleştirebilecek, arazi-su maskesini tespit eden, tekne tespiti veya vahşi yangın noktaları tespiti yapan convolutional sinir ağları. Örneğin, bir uzaydan 1000 bin metrekarelik bir görüntüyü bir alana kadar indirmeye olanak sağlar.

FPGA Inference için Araçlar ve Mimarlıklar

AMD Vitis AI ve Intel'in OpenVINO gibi araçlar, yüksek seviyeli sentez akışlarını 5 W'den daha az ölçen ve derlenen ağları son derece paralel bir FPGA hızlandırıcılarına uygun olarak içeren bir CNN inference motoru ve BRAMs ve dış hafızadaki ağırlıkların en iyi bölümünü etkileyebilir.Çünkü uzay FPGA'lar DSP kaynaklarıyla sınırlı olmalıdır, ağ mimarisi, basitleştirme (INT8 veya ikili ağları), yüzeysel basıncın azalmasını içerir.

In-Flight Model Updates

Yenileme modellerinin kısmi yeniden yapılandırılması ile dağıtılması, ESA'nın 03.D:0) ⁇ sat-2) ile entegre edilen bir AI hızlandırıcısı olan, AI hızlandırıcısı ile entegre edilen bir altyapı konseptine göre farklı olarak görevlendirme işlemine uyum sağlamadan önce bir bulut tespit modeli takas edebilir.

Test, Geçerlilik ve Kazanılan Derece

Simülasyon ve Emulation

Uzayın aydınlatıcı doğası, bir FPGA görüntüleme sisteminin, donanımın orijinal C++ koduna karşı verdiği bir ko-simülasyon ortamıyla test edilmesi gerektiği anlamına gelir. Tasarım olgunları, donanım-in-the-loop testleriyle birlikte, tüm ekranların tam olarak görüntülenen gerçek sensörlerin ortaya çıkmasını sağlar.

Çevre ve Radyasyon Kazanılan

Çevre yeterlilik konuları, prototipi vibrasyon, şok, termal bisiklet ve vakum. FPGA geniş bir sıcaklık aralığında hatasız operasyon göstermeli, tipik olarak -40C +85°C endüstriyel sınıf cihazlar için veya daha geniş çaplı askeri-standart cihazlar için. Radyasyon testleri, bu testleri kullanarak uzman tesislerde yapılır ve uçuş mirasına entegre edilebilir ve hesap verebilir.

End-toBit Sistemi Geçerlilik

Parça testinin ötesinde, tüm görüntüleme zinciri, sensör, optik, FPGA kurulu ve verici içeren entegre bir kurulumda doğrulanmalıdır. Bu, SEU'ların belirli bir süre boyunca geri yükleme mekanizmalarının doğrulanması ve çıktının yanlış koşullar altında karşılaştırması gerektiğinin tespit edilmesi gerekir.Sistem, tüm enjeksiyon hataların tek bir noktada kesintiye uğraması için tek bir hata koşulunun da dahil edilebilir sınırların içinde olduğunu doğrulaması gerekir.

Future Path ve Evolving Technologies

Yüksek Veri Oranları ve Yeni FPGA Mimarlıkları

Bir sonraki yüksek çözünürlüklü görüntüleyiciler düşük Dünya yörüngesinden alt 30 cm zemin örnek mesafeler vaat ediyor, bugün sistemlerin cüce olacak veri oranları oluşturmak.Gelin, FPGA satıcılar, uzay için adapte edildiğinde, tek bir paket içinde FPGA kumaşını bir araya getiren radyasyon-tolerant sistemler-on-çiçekir. Üç boyutlu yığınlama teknolojisi, yüksek bant genişliği hafıza arayüzleri (HBM) ve özel AI motorları. AMD'nin Versal adaptive SoCs with AI Engines, when adapt for space, could offer over 100 TOPS of inference in a single package.

SoftwareDefined Görüntüleme ve Dinamik Yeniden Yapılandırma

Yazılım tanımlı görüntüleme, FPGA boru hattının hedef tipe dayandığı yerde - UzayVPX ve gelecek olan odalardan çok yönlü bir şekilde optimize edilmesi gibi farklı müşterilere hizmet etme imkanı sağlar.(T)) Yerinden alınan küçük bir Net)) Modüler mimarisine sahip olan modüler sistemlere göre, görüntüleme yükleri şarj sistemi entegrasyonu ile pratik hale getirir.

Açık Kaynak Ekosistemleri

Bu arada, RISC-V yumuşak çekirdekler ve ESFLT:0)Vitis AI) çerçeve, özel uzay destekli hızlandırıcılar için özel olarak tasarlanmış bir açık öğretim seti sunar.PozisyonX framework gibi özel talimatlara ek olarak, bellek kontrolleri, Ethernet ve GPIO ajansları için gelişim süresini azaltır ve uzay FPGA tahtaları için daha yüksek verimli hale getirir. RISC-V mimarisi, yüksek projeksiyonlar için özel talimatlar sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optiklerin, görüntü işleme algoritmalarının co-optimizasyonunu ustalaştırabilecek tasarımcılar ve FPGA donanımını uzaktan algılamanın geleceği şekillendirecek.Suç ve per kilogram başına daha fazla bilgi edinmek için, sonraki on yıl boyunca yüksek çözünürlüklüların yalnızca keskin değil, daha akıllı fenomenlerin, gerçek zamanlı görüntülemelerin birleşimi olarak, gerçek zamanlı verilerin kapatılmasını sağlayacaktır.