スペースワイヤー

SpaceWire は、 IEEE 1355通信規格に一部基づいた宇宙船 通信ネットワークです。NASA 、JAXA、RKAなどの国際宇宙機関と連携して、欧州宇宙機関 (ESA)によって調整されています。

SpaceWire ネットワーク内では、低コスト、低遅延、全二重、ポイントツーポイントのシリアル リンク、およびパケット スイッチング ワームホール ルーティングルーターを介してノードが接続されます。

SpaceWire の変調およびデータ形式は、一般的にIEEE Std 1355-1995 のデータ ストローブ エンコーディング-差動エンド信号方式(DS-DE) の部分に従います。SpaceWire は非同期通信を使用し、2 Mbit/s から 200 Mbit/s の速度を可能にし、初期信号速度は 10 Mbit/s です。^{[1] DS-DE は、変調、ビット形式、ルーティング、}フロー制御、およびエラー検出をハードウェアで記述し、ソフトウェアをほとんど必要としないため、好評を博しています。SpaceWire は、エラー率が非常に低く、システム動作が確定的であり、デジタル エレクトロニクスが比較的単純です。SpaceWire は、IEEE 1355 DS-DE の物理層の古いPECL差動ドライバを低電圧差動信号方式(LVDS) に置き換えました。SpaceWire は、宇宙仕様の 9 ピン コネクタの使用も提案しています。

SpaceWire と IEEE 1355 DS-DE は、データ転送の速度をより幅広く設定できるほか、自動フェイルオーバーの新機能もいくつか備えています。フェイルオーバー機能により、データは代替ルートを見つけられるため、宇宙船は複数のデータ バスを持つことができ、フォールト トレラントにすることができます。SpaceWire では、SpaceWire リンクを介して時間割り込みを伝播できるため、個別の時間ディスクリートが不要になります。

転送される各文字はパリティビットとデータ制御フラグビットで始まります。データ制御フラグが0ビットの場合、8ビットのLSB文字が続きます。それ以外の場合は、パケットの終了（EOP）を含む制御コードの1つが続きます。^[2]

ネットワーク データ フレームは次のようになります。

ルーティングには、1 つ以上のアドレス バイトが使用されます。アドレスは、物理アドレス (0 ～ 31) または論理アドレスのいずれかです。違いは、ルーティング中に物理アドレスがフレーム ヘッダーから削除されることです。これは、ホップ ベース ルーティング (フレーム自体に指定されたパスに基づく) に使用されます。ルーターの設定によっては、論理アドレスも削除される場合があります。

ハードウェア デバイスは、直接接続することも、SpaceWire ルーター経由で接続することもできます。前者の場合、通常はデバイスのペアを使用してフェイルセーフ操作が保証され、ソフトウェアによって処理されます。

SpaceWireルータは通常、クロスバースイッチタイプのデバイスで、ワームホールスイッチングモードで動作します。これにより、通信速度が最低の共通速度に制限されることもあります。^[3]ルーティングの決定は、プログラムされたルーティングテーブルと最初に受信したフレームの内容に基づいて行われます。

SpaceWireは世界中で使用されています。^[4] SpaceWireは主にESAのプロジェクトで使用され始めましたが、現在はNASA、JAXA、RKA、その他多くの組織や企業で使用されています。NASAのプロジェクトで使用されているものには、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、スウィフトの バーストアラート望遠鏡、月探査機、LCROSS、静止運用環境衛星（GOES-R）、および通信、航法、およびネットワーク再構成可能テストベッド（CoNNeCT）として知られていたSCaNテストベッドなどがあります。また、米国国防総省の運用対応宇宙にも選ばれています。SpaceWireの取り組みは、宇宙データシステム諮問委員会（CCSDS）の枠組みの中で、いくつかの宇宙機関間で調整されており、その通信モデルをOSIモデルのネットワーク層とトランスポート層に拡張しています。

SpaceWireは、高度なフォールトトレランスを備えたネットワークとシステムをサポートしており、これがSpaceWireが人気の理由の1つです。^[5]

ESA にはプロトコル ID のドラフト仕様が用意されています。

ECSS-E-ST-50-11 では次のプロトコル ID が割り当てられています。

• ECSS-E-ST-50-12C - SpaceWire - リンク、ノード、ルーター、およびネットワーク、ESA - ESTEC。
• ECSS-E-50-12A (廃止、文書番号のみが ECSS-E-ST-50-12C に変更されました) SpaceWire - ノード、リンク、およびネットワーク、ESA - ESTEC。
• ECSS-E-ST-50-11C ドラフト 1.3「宇宙工学 - SpaceWire プロトコル」

• SpaceWire ホームページ (ESA)
• 欧州宇宙標準化協力 - ECSS
• 4Links 出版物
• 国際スペースワイヤー会議 2007
• 国際スペースワイヤー会議 2008
• 国際スペースワイヤー会議 2010
• 国際スペースワイヤー会議 2011
• 国際スペースワイヤーカンファレンス 2013
• STAR-ダンディー知識データベース
• http://www.interfacebus.com/SpaceWire_Avionics_Bus.html

SpaceWire IP コア:

• 4リンク
• STAR-ダンディー
• エアロフレックス ガイスラー
• アストリウム スペースワイヤー RMAP
• CEA IRFU
• CESR CNRS IRAP (CeCILL-C ライセンス)
• NASA ゴダード - 技術移転
• OpenCores.org (SpaceWire および SpaceWire Light)
• スペースワイヤー英国
• 欧州宇宙機関
• PnPイノベーション

記事:

• ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で使用されている SpaceWire に関する NASA の記事