Aplicaciones espaciales con microcontroladores comerciales resistentes a la radiación

Microchip acaba de anunciar los primeros microcontroladores basados en Arm para el sector espacial que reúnen las ventajas de su bajo coste y amplia oferta de productos comerciales, con versiones homologadas para el espacio y capaces de ofrecer diferentes niveles de prestaciones frente a la radiación. Los microcontroladores SAMV71 homologados para el automóvil, SAMV71Q21RT tolerante a la radiación y SAMRH71resistente a la radiación, incorporan el conocido sistema en chip (System on Chip, SoC) Arm Cortex-M7, que permite aumentar la integración, reducir los costes y aumentar las prestaciones en sistemas espaciales.

El SAMV71Q21RT y el SAMRH71 abren la posibilidad de que los desarrolladores de software empiecen a utilizar el SAMV71 antes de recurrir a un componente de grado espacial, reduciendo así significativamente el tiempo y el coste de desarrollo. Ambos dispositivos pueden utilizar todo el paquete de herramientas para desarrollo de software del SAMV71 ya que comparten el mismo ecosistema, como las bibliotecas de software, el Board Support Package (BSP) y el primer nivel de adaptación del sistema operativo.

Una vez finalizados los desarrollos preliminares en el dispositivo comercial, todo el desarrollo del software se puede intercambiar fácilmente por una versión tolerante a la radiación o resistente a la radiación en un encapsulado plástico de alta fiabilidad o un encapsulado cerámico de grado espacial. El microcontrolador SAMV71Q21RT tolerante a la radiación aprovecha todas las máscaras del dispositivo comercial y ofrece compatibilidad de patillas, logrando así una transición inmediata a dispositivos espaciales homologados.

Prestaciones frente a la radiación para robótica

Las prestaciones frente a la radiación del SAMV71Q21RT están pensadas para nuevas aplicaciones espaciales como constelaciones de satélites de órbita baja (Low Earth Orbit, LEO) y robótica, mientras que el SAMRH71 ofrece unas prestaciones frente a la radiación adaptadas a subsistemas más críticos como giroscopios y equipos de rastreo de estrellas. El dispositivo tolerante a la radiación SAMV71Q21RT asegura una TID acumulada de 30Krad (Si) con inmunidad de bloqueo y no es destructivo frente a iones pesados. Ambos dispositivos son completamente inmunes al bloqueo por evento único (Single Event Latchup, SEL) hasta 62 MeV.cm²/mg.

El microcontrolador SAMRH71 resistente a la radiación está especialmente diseñado para aplicaciones en el espacio lejano con los siguientes objetivos en cuanto a prestaciones:

• TID acumulada superior a 100 Krad (Si)
• Sin transferencia de energía lineal (Linear Energy Transfer, LET) de evento único hasta 20 MeV.cm²/mg, sin mitigación del sistema
• Diseñado para evitar interrupciones funcionales sin evento único (Single Event Functional Interrupts, SEFI), protegiendo así la integridad de todas las memorias

El SAMV71Q21RT y el SAMRH71, que se basan en el núcleo Arm Cortex-M7, ofrecen un funcionamiento de altas prestaciones y bajo consumo para proporcionar una larga vida operativa en aplicaciones aeroespaciales. Con el fin de aportar protección ante los efectos de la radiación y de gestionar la mitigación del sistema, la arquitectura de los dispositivos incluye funciones de gestión de fallos e integridad de datos como memoria con código de corrección de errores (Error Correcting Code, ECC), supervisor para comprobación de integridad (Integrity Check Monitor, ICM) y unidad de protección de memoria (Memory Protection Unit, MPU). El SAMV71Q21RT y el SAMRH71 también disponen de capacidades CAN FD y Ethernet AVB/TSN para seguir la evolución de los requisitos de conectividad de los sistemas espaciales. Con el objetivo de dar un mayor soporte a aplicaciones en el espacio lejano, el SAMRH71 cuenta con interfaces especiales SpaceWire y MIL-STD-1553 para control y gestión de datos a una velocidad de hasta 200Mbit/s.

Los desarrolladores pueden utilizar la tarjeta de evaluación ATSAMV71-XULT para facilitar el proceso de diseño y acelerar el plazo de comercialización. Los dispositivos cuentan con el soporte del entorno de desarrollo integrado (Integrated Development Environment, IDE) Atmel Studio para desarrollo, depuración y bibliotecas de software. Ambos dispositivos contarán asimismo con el soporte de la versión 3.0 de MPLAB® Harmony hacia mediados de 2019.

El SAMRH71 en encapsulado cerámico CQFP256 ya se suministra como muestra, mientras que el SAMV71Q21RT ya se encuentra disponible para producción en volumen en cuatro versiones:

• SAMV71Q21RT-DHB-E en encapsulado QFP144 cerámico para prototipos
• SAMV71Q21RT-DHB-MQ en encapsulado QFP144 cerámico de grado espacial, equivalente QMLQ
• SAMV71Q21RT-DHB-SV en encapsulado QFP144 cerámico de grado espacial, equivalente QMLV
• SAMV71Q21RT-DHB-MQ en encapsulado QFP144 plástico con homologación de alta fiabilidad AQEC