発表資料 - ASTRO-H 次期X線国際天文衛星

ASTRO-H 搭載
精密軟X線分光装置SXSの
波形処理システムPSPの
開発の現状 (II)
○ 阿部祐輝、石崎欣尚 (首都大)、田代信、寺田幸功、瀬田裕美、
下田優弥、安田哲也 (埼玉大)、 辻本匡弘、満田和久 (ISAS/JAXA)、
松田健司、益川一範 (三菱重工業)、Kevin Boyce (NASA/GSFC)、
ASTRO-H/SXS チーム
天文学会 2010年 秋季年会
2010.9.22 W12a
SXS 波形処理システム XBox
XBox
(X-ray
(X-rayBox)
Box)
LVDS
PSP
PSP
(Pulse
(PulseShape
Shape
Processor)
Processor)
サイエンス
パケット
SMU / DR
Detector
Detector
波形データ
SpaceWire
FPGA搭載
CPU搭載
SpaceWire
XBox
•  Filtering
•  信号増幅
•  A/D 変換
•  データ多重化
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MIO ボード
•  クロック生成
•  微分値計算
•  パルスのトリガ
SpaceCard ボード
•  波高値解析
•  時刻・グレード付け
•  パケット生成
•  テンプレート計算
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ボード構成・アルゴリズムの最適化
試験用モデル
(Bread Board
Model)
2009年8月
設計
2009年
PSP の
開発現状 性能実証モデル
(Engineering
Model)
2010年10月
衛星搭載品
(Flight
Model)
2011年
2 + 2 ボード構成 ( 2 MIO + 2 SpaceCard )
しかし…
•  試験の複雑化
•  現在のマンパワー
•  スケジュールとの兼ね合い
•  コストの問題 …
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実現可能 (2010年春季年会・下田)
1 + 2 ボード構成
(1 MIO + 2 SpaceCard )
の
実現性を検証！
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試験と目的 【1 + 2 ボード構成の検証】
① 1 MIO における FPGA リソースの使用量の見積もり
→ 1 つの FPGA 内に機能を収められるかの検証
② MIO – SpaceCard ボード間の通信速度測定 (1 MIO)
→ 1 枚の MIO ボードによる処理で要求速度を満たせるか？
【XBox-BBM と PSP-BBMの噛み合わせ試験 @GSFC】
→ XBox と PSP の試験モデルが正常に接続・動作するか確認
a) 信号線・コマンド・レスポンスの確認
b) PSPが受信した波形データの検証
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① 1 MIO FPGA リソース見積もり
従来の 2 枚のFPGAに
組み込まれていた機能を
1 枚で実現できるかを算出
【要求事項】
FM の改修領域の確保
(使用率を 85% 以下に制限)
【変更点】
•  FPGA ロジックの最適化
•  冗長なパラメータ・デバッグ機能
の削減
•  仕様の削減・変更
微分値計算方法の変更…etc
【変更前】
【見積もり後】
MIO1枚のFPGAで実現可能
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② MIO – SpCard 間の通信速度測定
要求速度：12.5 kHz (15.625 kHz) × 32 bit × 18 pixel = 7.2 Mbps (9 Mbps)
サンプリングレート
1 sample 当たりのデータ量
(試験方法)
•  MIO ボード内蔵の SDRAM のデータ (4 MB) をCPUから読み込み
•  1 パケットのサイズを 0.5
16 KB と変化させて検証
•  i) 1つの CPU でアクセスする場合と、
ii) 2つの CPU 同時アクセスする場合の 2 通りで検証
ii) 1 + 2 構成
i) 2 + 2 or 1 + 1 構成
MIO ボード
FPGA
SpaceWire
Link rate:
20 MHz
SDRAM
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MIO ボード
SpaceCard
ボード
CPU
FPGA
SDRAM
SpaceCard
ボード
CPU
SpaceWire
SpaceCard
ボード
CPU
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② MIO – SpCard 間の通信速度測定
i) 1 + 1 or 2 + 2 ボード構成の場合
12
100
90
1 + 1 (9 Mbps)
Transfer speed (Mbps)
典型的な
アクセスサイズ
4KB
80
70
8
60
6
50
40
4
30
20
転送速度 (SpaceCard x1)
2
CPU Idle fraction (%)
2 + 2 (4.5 Mbps)
10
10
CPU 非使用率 (SpaceCard x1)
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
RMAP Read packet size (KB)
•  15.625 kHz の要求速度 9 Mbps には不十分
•  CPU の空きも
30 % と低い
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② MIO – SpCard 間の通信速度測定
ii) 1 + 2 ボード構成の場合
12
100
90
1 + 2 (9 Mbps)
Transfer speed (Mbps)
80
70
8
60
6
50
40
4
30
転送速度 (SpaceCard x2, Each)
2
20
転送速度 (SpaceCard x2, Total)
10
CPU 非使用率 (SpaceCard x2)
0
0
2
4
6
8
10
12
14
CPU Idle fraction (%)
典型的な
アクセスサイズ
4KB
10
0
16
RMAP Read packet size (KB)
1 + 2 ボード構成でも通信速度は問題なし
→ CPU の空きは 4 KBでは 40% (今後、改善の見通し)
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XBox と PSP の接続試験
•  7月28日 8月6日 @ NASA / GSFC
XBox-BBM と PSP-BBM の噛み合わせ試験を実施
•  Detector シミュレーターを接続し、検出器との接続を再現して試験
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XBox と PSP の接続試験
a) 信号線・コマンド・レスポンスの確認
Detector
Simulator
XBoxBBM
コマンド
MIO
レスポンス
Science
Enable
Science
Data
PSP-BBM
Space
Card
PC
( HK Digital / Analog status の確認)
XBox の各パラメータの値を変更後、
HKの値と直接測定の値を比較
→ 正常に一致
Xbox - PSP間の計9つの信号の波形を確認
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XBox と PSP の接続試験
b) PSPが受信した波形データの検証
→ Detectorシミュレーターからダミーパルス (1Hz) を送出
1 Hz
Detector
Simulator
XBoxBBM
PSP-BBM
MIO
Space
Card
PC
比較
Ch 0
Sampling rate: 12.5 kHz 時
→ 波高値、周期共に一致を確認
Ch 1
オシロスコープで
直接測定した波形
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Sampling rate: 15.625 kHz 時
→ 双方に問題があることが判明
PSPに保存された
波形データ
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まとめ
•  PSP は FPGAリソース, 転送速度共に 1 + 2 ボード構成で実現可能
→ EMに向けて更なる高速化・CPU 負荷の低減を行う
•  XBox – PSP の噛み合わせ試験 (BBM) にて正常な接続を確認
今後…
•  Engineering Model の詳細仕様を決定
•  EM の検出器と end to end 接続試験 ( 2011年1月 実施予定 )
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