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FEBBRAIO 2024 FIELDBUS & NETWORKS 49 Fieldbus & Networks A nche in campo aerospace la crescente complessità dei sistemi ha de- terminato la diffusione di architetture distribuite. La scelta del bus di comunicazione rappresenta un aspetto cruciale per soddisfare requisisti di prestazioni e affidabilità; in generale i sistemi di comunicazione possono es- sere distinti in event-triggered e time-triggered. Nel primo caso, le informazioni sono trasmesse solo su richiesta di un host, in risposta a una precisa necessità. Un esempio piuttosto noto di tali architetture è rappresentato da Ethernet. Nel secondo caso, invece, le comunicazioni avvengono su precisa base temporale e in accordo con uno schema condiviso e riconosciuto tra tutti i nodi della rete: la stessa sequenza è ripetuta periodicamente definendo una struttura ciclica dei messaggi. I nodi condividono un segnale di sincronizzazione, che può essere distribuito da un master della rete o piuttosto mediante una combinazione di messaggi dedicati inviati da diversi nodi. La scelta tra i due approcci dipende da considerazioni a livello di sistema: i sistemi time-triggered garantiscono che l’occupazione del bus sia costante, evitando contenziosi di accesso tra i nodi (aspetto piuttosto utile in applicazioni di controllo in tempo reale, come nel caso dei sistemi di controllo assetto dei satelliti) e garantiscono quindi predicibilità e latenza nota nello smistamento dei messaggi. Tuttavia, presuppongono, nel caso in cui sia aggiunto alla rete un nodo, che l’intera pianificazione dei messaggi sia ridefinita. Inoltre, non uti- lizzano in modo efficiente la banda di trasmissione, in quanto la allocano stati- camente ai nodi connessi alla rete, anche nel caso in cui questi non abbiano la necessità di trasferire dati all’interno della finestra temporale a essi associata. Nei sistemi event-triggered, invece, è possibile modificare dinamicamente l’al- locazione di banda in funzione della configurazione corrente. Uno degli esempi più evidenti in questo senso è rappresentato dall’acquisizione e trasmissione di immagini: il processo tipicamente non è sempre attivo, quando però lo è, richiede elevata banda. D’altra parte, l’utilizzo di un protocollo time-triggered impone un’elevata capacità di buffering locale nel sistema di acquisizione. I principali protocolli di tipo seriale che vengono utilizzati o possono essere tenuti in considerazione per applicazioni aerospaziali sono: Mil-Std-1553, Sa- feBus, Arinc 659, TTP/C, FlexRay, CAN/TTCan, Spacewire, Firewire, Ethernet, Fibre Channel. - Mil-Std-1553 Il protocollo di comunicazione Mil-Std-1553 è nato in ambito militare e la sua prima versione è stata pubblicata nel 1978; il primo utilizzo è stato a bordo degli F-16 e degli elicotteri Apache AH-64; in ambito spaziale è ancora oggi operativo su diversi satelliti, a bordo dello Space Shuttle e delle stazioni spaziali. Il protocollo, di tipo Time-Division Command/Response Multiplex, si basa su un semplice scambio domanda/risposta; la comunicazione è di tipo half-duplex ed event-triggered, e sono previsti comandi di sincronizzazione di tipo broadcast, ma non è espressamente supportata la definizione di un tempo globale di si- stema. Viene usato un doppino twistato schermato per la connessione dei nodi alla rete con una topologia di tipo multidrop, ma è prevista anche una configu- razione con ridondanza mediante due connessioni indipendenti. I livelli fisici del segnale trasmesso sono compresi tra 18 e 27 V, con codifica Manchester; il bit rate massimo è 1 Mbps su distanze brevi (interno veicolo). Inoltre, per le applicazioni spaziali sono già disponibili dispositivi tolleranti alle radiazioni e qualificati in accordo ai metodi Mil-Std-883, ed esistono core IP per implemen- tazioni in Fpga qualificate per impiego nello spazio. I sistemi Mil-Std-1553 sono sempre stati considerati piuttosto robusti e per questo utilizzati su diverse piattaforme; il bit rate limitato tuttavia ne preclude l’impiego nei sistemi di nuova generazione. Recentemente è stata emessa una versione aggiornata dello standard definita EBR-1553, che dovrebbe assicurare bit rate fino a 10 Mbps. Inoltre, è stata studiata l’estensione Mil-Std-1773 su fibra ottica che però, limitando sempre il bit rate, non ha trovato un ampio utilizzo. - SafeBus Originariamente sviluppato da Honeywell per l’impiego a bordo dei Boeing 777, il protocollo SafeBus è stato successivamente standardizzato per appli- cazioni avioniche come Arinc 659. Prevede una connessione su backplane di fino a 8 nodi, di cui 4 con capacità di elaborazione dati e 4 per operazioni di I/O per la comunicazione con periferiche anche supportate da protocolli diversi. Il bus di connessione comprende due linee dati e una linea di clock con una ridondanza quadrupla; sono previsti nodi ‘ombra’ in ridondanza in grado di intervenire in presenza di errori del nodo primario. Il bit rate mas- In campo aerospace la scelta del bus di comunicazione rappresenta un aspetto cruciale per soddisfare i requisisti di prestazione e affidabilità Fonte: foto Shutterstock AEROSPACE