DE102016121598A1

DE102016121598A1 - Basismodul und Luftfahrtcomputersystem mit dem Basismodul

Info

Publication number: DE102016121598A1
Application number: DE102016121598.8A
Authority: DE
Inventors: Nicholas Brownjohn; Stefan Osternack
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-05-17
Also published as: US10826210B2; US20180131110A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Basismodul und ein Luftfahrtcomputersystem mit der Basismodul. Dies umfasst eine Leiterplatine; ein integrierter Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder; ein SMARC Steckverbinder; und ein FMC Steckverbinder. Eine Energieversorgungsschaltung versorgt den SMARC Steckverbinder und den FMC Steckverbinder mit Energie von dedizierten Energieversorgungskontakten des integrierter Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders und eine Kommunikationsschaltung verbindet den SMARC Steckverbinder mit dedizierten Kommunikationskontakten des integrierter Energieversorgungs- und Kommunikationssteckers. Weiterhin ist eine Mehrzahl an Signalleitungen auf der Leiterplatine vorgesehen, um dedizierte Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders mit entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakten des FMC Steckverbinders zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Basismodul zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem und ein Luftfahrtcomputersystem mit einem solchen Basismodul. Alternative Verwendungen des Basismoduls können jedoch auch solche Computersysteme betreffen, die in anderen Kraftfahrzeugen, z.B. in Autos, Bussen, Zügen und/oder Schiffen eingesetzt werden.
Die herkömmliche Entwicklung von Luftfahrtcomputersystemen befasst sich mit der Konzeption von luftfahrtspezifischen Funktionalitäten. Die luftfahrtspezifischen Funktionalitäten werden im Anschluss entweder in Hard- oder Software oder einer Kombination von Beidem implementiert und dann in ein bestehendes Luftfahrtcomputersystem integriert. Dabei erfolgt für jede herkömmliche Neuentwicklung eine erneute Konzeption der luftfahrtspezifischen Funktionalitäten.
In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass vermehrt luftfahrtspezifische Funktionalitäten in Software realisiert und dabei auf konventionelle Computerhardware zurückgegriffen werden kann. Insbesondere wurden für die Luftfahrtcomputersysteme auf Baugruppen aus Prozessor, Speicher, und Ein- bzw. Ausgabegeräten zurückgegriffen, die als herkömmliche Computerhardware entwickelt wurden und gleichzeitig den erweiterten Belastungen in der Luftfahrt standhalten konnten.
Die herkömmlichen Baugruppen wurden durchgängig auf einer für das jeweilige Luftfahrtcomputersystem speziellen Leiterplatinen fest miteinander verbunden, um bedarfsgerecht Ein- bzw. Ausgabegeräte anbinden zu können und gleichzeitig ein Maximum an Gewichts- und Platzersparnis zu erreichen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Luftfahrtcomputersysteme nur bedingt wiederverwendet werden konnten, da die verfügbaren Ressourcen an Rechenkapazität, Speicher konstruktionsbedingt beschränkt sind und nicht wie Erforderlich erweitert werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Luftfahrtcomputersystem bereitzustellen, das eine Austauschbarkeit für die verschiedenen Komponenten, nämlich Prozessor, Speicher und Ein- bzw. Ausgabegeräte ermöglicht und gleichzeitig luftfahrtspezifischen Anforderungen an die Interoperabilität genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Basismodul vorgeschlagen, die sich zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem eignet. Das Basismodul umfasst eine Leiterplatine; einen integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder, der auf der Leiterplatine angeordnet ist; einen SMARC Steckverbinder, der auf der Leiterplatine angeordnet ist, und einen FMC Steckverbinder, der auf der Leiterplatine angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Basismodul eine Energieversorgungsschaltung, die konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder und den FMC Steckverbinder mit Energie von dedizierten Energieversorgungskontakten des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders zu versorgen. Auch umfasst das Basismodul eine Kommunikationsschaltung, die konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder mit dedizierten Kommunikationskontakten des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikationssteckers zu verbinden. Ferner ist auf der Leiterplatine eine Mehrzahl an Signalleitungen konfiguriert, um dedizierte Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders mit entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakten des FMC Steckverbinders zu verbinden.
Vorteilhafterweise bietet das Basismodul die Möglichkeit ein SMARC Prozessormodul in Verbindung mit einem FMC Tochterkartenmodul zu verwenden. Beide Module werden über das Basismodul mit Energie versorgt und können somit in einen betriebsfähigen Zustand versetzt werden. Ebenso stellt das Basismodul mit dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder eine Verbindung nach außen bereit, die luftfahrtspezifischen Anforderungen an Interoperabilität gemäß ausgebildet ist. Dadurch dass das SMARC Prozessormodul und das FMC Tochterkartenmodul über entsprechende Steckverbinder mit dem Basismodul verbunden sind, können diese auch in unterschiedlichen Kombinationen miteinander betrieben und voneinander unabhängig ausgetauscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung weist die Leiterplatine eine Breite in dem Bereich 90-110 mm und eine Länge in dem Bereich 90-110 mm auf, und vorzugsweise eine Breite von 100 mm und eine Länge von 104,307 mm auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beschränken diese Abmessungen das Basismodul auf eine Baugröße, die in einem luftfahrtspezifischen Gehäuse nach dem mini modular rack principle, miniMRP, (auch als ARINC 836 Standard bezeichnet) des Typ B und des Typ D verwendet werden kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung ist der SMARC Steckverbinder derart auf der Leiterplatine angeordnet, dass ohne Überstehen über die Leiterplatine die Montage eines SMARC Prozessormoduls mit einer Breite von 82 mm und einer Tiefe von 50 mm möglich ist, und/oder der FMC Steckverbinder ist derart auf der Leiterplatine angeordnet, dass ohne Überstehen über die Leiterplatine die Montage einer FMC Tochterkartenmodul mit einer Breite von maximal 80 mm und einer Tiefe von maximal 39 mm, vorzugsweise eine Breite von 76,5 mm und einer Tiefe von 34,5 mm möglich ist.
Vorteilhafterweise können über eine derartige Anordnung des SMARC Steckverbinders und des FMC Steckverbinders auf dem Basismodul im Wesentlichen SMARC Prozessormodule und FMC Tochterkartenmodule verwendet werden, die den standardisierten Abmessungen entsprechen, ohne dass sich die Baugröße verändern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung entspricht der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder der europäischen Spezifikation EN 4165 und/oder entspricht der SMARC Steckverbinder dem Smart Mobility ARChitecture, SMARC, Standard in der Version 2.0 und/oder entspricht der FMC Steckverbinder dem FPGA Mezzanine Card, FMC, Standard in der Version ANSI/VITA 57.1-2008.
Vorteilhafterweise kann über eine derartigen Rückgriff auf Industriestandards für den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder, den SMARC Steckverbinder und den FMC Steckverbinder die Interoperabilität des Basismoduls und die Austauschbarkeit der Komponenten verbessert werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung umfasst die Energieversorgungsschaltung wenigstens einen DC/DC Spannungswandler, und vorzugsweise umfasst die Energieversorgungsschaltung zusätzlich einen Super- oder Ultrakondensator, Akkumulator oder einen andersartige Energiespeicher.
Vorteilhafterweise ermöglicht der DC/DC Spannungswandler eine Speisung des Basismoduls mit der luftfahrzeugeignen Energieversorgung, ohne dass ein zusätzliches Netzteil erforderlich ist. Weiterhin gewährleistet der Super- oder Ultrakondensator (auch Super- oder Ultra Cap bezeichnet), der Akkumulator oder der andersartige Energiespeicher die Betriebsfähigkeit auch bei Einbrüchen in der Energieversorgung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung ist die Energieversorgungsschaltung derart ausgebildet, dass bei einer Initialisierung zuerst der SMARC Steckverbinder mit Energie versorgt wird und erst im Anschluss der FMC Steckverbinder mit Energieversorgt wird.
Vorteilhafterweise kann über eine derartigen Initialisierung der Energieversorgung gewährleistet werden, dass das SMARC Prozessormodul die Initialisierung des FMC Tochterkartenmoduls steuern und überwachen kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung umfasst die Kommunikationsschaltung wenigstens eine Übertragerschaltung für eine Signalübertragung gemäß dem Standard IEEE 802.3ab.
Vorteilhafterweise kann über eine derartige Verwendung einer Übertragerschaltung die Interoperabilität des Basismoduls gewährleistet werden. Denn der Standard IEEE 802.3ab wird gewöhnlich in der Luftfahrt verwendet, um verschieden Computersystem miteinander zu vernetzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung umfassen die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinder die CSI Camera Serial Interface Kontaktpaare CSI_Do+/-, CSI_D1+/-, CSI_D2+/-, und CSI_D3+/- gemäß dem SMARC Standard, und umfassen die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe - Kontakte des FMC Steckverbinder die differentiellen Kontaktpaare DP4-C2M, DP5_C2M, DP9_M2C, und DP8_M2C gemäß dem FMC Standard.
Vorteilhafterweise werden die vorgenannten dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte miteinander verbunden. Dann kann das im SMARC Standard vorgesehene Camera Serial Interface auch dazu verwendet werden, um weitere Signalübertragungskanäle zwischen dem SMARC Prozessormodul und dem FMC Tochterkartenmodul zu realisieren.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung umfassen die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders die GPIO Pins 0-11 gemäß dem SMARC Standard, und umfassen die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des FMC Steckverbinders die differentiellen Kontaktpaare LA-13, LA_17, LA_12, und LA_16 gemäß dem FMC Standard.
Vorteilhafterweise werden die vorgenannten dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte miteinander verbunden. Dann können dir im SMARC Standard vorgesehene General Purpose Input/Output, GPIO Kontakte auch dazu verwendet werden, um weitere Signalübertragungskanäle zwischen dem SMARC Prozessormodul und dem FMC Tochterkartenmodul zu realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung ist der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder entweder ein Stecker- oder ein Buchsen-Modul mit 20 Kontakten gemäß der europäischen Spezifikation EN 4165.
Vorteilhafterweise können in einem derartigen EN 4165 Steckverbinder mit 20 Kontakten Energieversorgungsverbindungen und die Kommunikationsverbindungen zusammen integriert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Basismoduls gemäß der Erfindung sind in einem Stecker- oder Buchsen-Modul mit 20 Kontakten gemäß der europäischen Spezifikation EN 4165, die Kontaktpaare 1, 6 und 4, 5 und 17, 18 und 15, 20 die dedizierten Kommunikationskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders, die Kontakte 2, 3, 7, 14, 18, und 19 die mit einer Versorgungsspannung beschalteten dedizierten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders und die Kontakte 8-13 die dedizierten mit einer Massespannung beschalteten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders.
Voreilhafterweise können bei einer derartigen Kontaktierung des EN 4165 Steckverbinders mit 20 Kontakten die einzelnen Kommunikationsverbindungen örtlich voneinander entfernt angeordnet werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Basismodul gemäß der Erfindung wenigstens einen mini PCIe Steckverbinder, einen USB Typ A/B Steckverbinder oder einen SD-Kartenverbinder, der konfiguriert ist, um einen nicht-flüchtigen Speicher mit dem SMARC Steckverbinder zu verbinden.
Vorteilhafterweise kann in einem derartigen Basismodul ein austauschbarer Speicher verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Luftfahrtcomputersystem vorgeschlagen. Das Luftfahrtcomputersystem umfasst ein Basismodul gemäß einer der vorstehenden Ausführungen, wenigstens ein SMARC Prozessormodul oder eine FMC Tochterkartenmodul, wobei das SMARC Prozessormodul und/oder die FMC Tochterkartenmodul über einen entsprechenden Steckverbinder mit dem Basismodul mechanisch und elektrisch verbunden sind.
Vorteilhafterweise bietet auch das Luftfahrtcomputersystem die Möglichkeit ein SMARC Prozessormodul in Verbindung mit einem FMC Tochterkartenmodul zu verwenden, wobei dank der entsprechenden Steckverbinder beide Module in unterschiedlichen Kombinationen miteinander betrieben und voneinander unabhängig ausgetauscht werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Luftfahrtcomputersystem, gemäß der Erfindung, ein Gehäuse gemäß Typ B oder Typ D des ARINC 836 Standards, wobei der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder von einer Außenseite des Gehäuses zugänglich ist.
Vorteilhafterweise erlaubt ein derartiges Gehäuse die Verwendung des Luftfahrtcomputersystems in einem Rack (z.B. in einem Schaltschrank) mit mehreren aufeinander abgestimmten Gehäuseformen. Diese können in dem Rack in kürzestem Abstand zueinander gemäß dem Standard aufgenommen werden.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform des Luftfahrtcomputersystems, gemäß der Erfindung, weist das FMC Tochterkartenmodul einen Kommunikationssteckverbinder auf, der auch von der Außenseite des Gehäuses zugänglich ist.
Vorteilhafterweise ist das FMC Tochterkartenmodul nicht darauf beschränkt über den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder zu kommunizieren. Vielmehr kann dieses Modul auch einen eigenen von der Außenseite des Gehäuses zugänglichen Kommunikationssteckverbinder aufweisen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen Steckverbinder für den Anschluss eines Lichtwellenleiters handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahmen auf die Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein Blockschaltbild der durch ein Basismodul bereitgestellten Funktionalität zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 zeigt die Abmessungen des Basismoduls zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nach 1, und
3 zeigt eine schematische Perspektivansicht von einem Luftfahrtcomputersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in dem ein Basismodul verwendet wird,
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf das mit transparenten Konturen dargestellte Luftfahrtcomputersystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aus 3, in dem ein Basismodul verwendet wird,
5 zeigt eine schematische Seitenansicht auf das Luftfahrtcomputersystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aus 3 und 4, in dem ein Basismodul verwendet wird,
6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Basismoduls zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Basismoduls zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung nach 6;
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Luftfahrtcomputersystem gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, in dem ein Basismodul verwendet wird,
9 zeigt eine schematische Perspektivansicht auf ein Luftfahrtcomputersystem gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, in der ein Basismodul verwendet wird, und
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Luftfahrtcomputersystem gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung aus 9, in dem ein Basismodul verwendet wird.

1 zeigt ein Blockschaltbild der durch ein Basismodul 100 bereitgestellten Funktionalitäten. Das Basismodul 100 entspricht dabei einer ersten Ausführungsform der Erfindung und ist zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem geeignet. Obgleich diese Darstellung einzig die Funktionalitäten zeigt, wird im Folgenden das Basismodul 100 vollständig beschrieben und in Teilen auf nicht dargestellte Komponenten verwiesen.
Das Basismodul 100 umfasst eine Leiterplatine (nicht in 1 gezeigt). Die Leiterplatine kann beispielsweise aus mehreren übereinander angeordneten und mit Kupferstrukturen versehenen Substratschichten bestehen. Dabei stellt die Leiterplatine eine Grundlage für das Zusammenwirken der weiteren Komponenten des Basismoduls 100 dar. Insbesondere ermöglicht die Leiterplatine eine mechanische und elektrische Verbindung der weiteren Komponenten des Basismoduls, wie sie im Folgenden näher erläutert wird.
Für die Verbindung nach außen umfasst das Basismodul 100 einen integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120. Dabei integriert der Steckverbinder 120 in einer einzigen Komponente sowohl eine Energieversorgungsverbindung also auch eine Kommunikationsverbindung zu des Basismoduls 100. Folglich ist der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 von außen zugänglich, und die Energieversorgungs- und Kommunikationsverbindung des Basismoduls 100 kann mit einem einzigen Steckvorgang hergestellt und unterbrochen werden.
Im Detail umfasst der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 dedizierte Energieversorgungskontakte über die eine Energieversorgung des Basismoduls 100 bereitgestellt werden kann. Dazu wird von außen wenigstens einer der dedizierten Energieversorgungskontakte des Steckverbinders 120 mit einer Versorgungsspannung und wenigstens ein weiterer der dedizierten Energieversorgungskontakte mit einer Massespannung beschaltet, sodass darüber die Energieversorgung des Basismoduls 100 gewährleistet werden kann.
Über den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 ist das Basismodul 100 mit einer Luftfahrzeug-internen Energieversorgung verbindbar. Dafür ist das Basismodul 100 dazu ausgelegt mit einer Versorgungsspannung insbesondere in dem Bereich zwischen 17 und 32,5 Volt und einer Massespannung von 0 Volt über die dedizierten Energieversorgungskontakte des Steckverbinders 120 versorgt zu werden. Somit erlaubt der Steckverbinders 120 den unmittelbaren Anschluss an die Luftfahrzeug-interne Energieversorgung, ohne dass zuvor in einem zwischengeschalteten Netzteil eine Energieversorgungs- und/oder Leistungsanpassung stattgefunden hat.
Weiterhin umfasst der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 dedizierte Kommunikationskontakte über die eine Signalverbindung zwischen einer externen Vorrichtung und des Basismoduls 100 hergestellt werden kann. Dazu werden von außen ein oder mehrere dedizierten Kommunikationskontakte mit einem Übertragungssignal nach einem Kommunikationsstandard beschaltet, sodass darüber die Kommunikation mit des Basismoduls 100 gewährleistet werden kann.
Der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 entspricht der europäischen Spezifikation EN 4165 und ist entweder als ein Stecker- oder ein Buchsen-Modul mit 20 Kontakten ausgebildet. Für ein derartiges Stecker- oder Buchsen-Modul sind die Kontakte in 4 Zeilen und 5 Spalten angeordnet, wobei der in der Draufsicht rechts oben angeordnete Kontakt mit 1 nummeriert, der in der Draufsicht links unten angeordnete Kontakt mit 20 nummerierte, und die dazwischen angeordneten Kontakte Zeile für Zeile mit aufsteigenden Ziffern nummeriert sind. In einem derartigen Stecker- oder Buchsen-Modul sind die 20 Kontakte wie folgt belegt:

• die Kontaktpaare 1, 6 und 4, 5 und 17, 18 und 15, 20 bilden die dedizierten Kommunikationskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120;
• die Kontakte 2, 3, 7, 14, 18, und 19 bilden die dedizierten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120, die im Betrieb mit der Versorgungsspannung beschaltet sind; und
• die Kontakte 8-13 bilden die dedizierten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders, die im Betrieb mit der Massespannung beschaltet sind.

Vorteilshafterweise sind die dedizierten Kommunikationskontakte damit in den gegenüberliegenden Ecken der rechteckigen Grundfläche des Stecker- oder Buchsen-Moduls angeordnet. Damit ist eine vorteilhafte Signalübertagung über die dedizierten Kommunikationskontakte bezogen auf die geringen Abmessungen des Steckverbinders 120 möglich.
Das Basismodul 100 umfasst weiterhin einen Smart Mobility ARChitecture, SMARC, Steckverbinder 130. Bei einem derartigen Steckverbinder 130 handelt es sich um einen Steckverbinder, der dem SMARC Standard in der Version 2.0 entspricht. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf das Dokument „Smart Mobility ARChitecture Hardware Specification, SMARC“, herausgegeben am 2. June 2016 von der Standardization Group for Embedded Technologies, SGET, in der Version 2.0, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Bei dem SMARC Steckverbinder 130 handelt es sich um einen Steckverbinder, der die Verbindung mit einem SMARC Prozessormodul ermöglicht. Dazu umfasst der SMARC Steckverbinder 130 zum Beispiel eine mechanische Aufnahme, die einen Seitenabschnitt des SMARC Prozessormoduls aufnehmen kann. Weiterhin umfasst der SMARC Steckverbinder 130 Teile oder alle der insgesamt 314 vorgesehenen Kontakte. Gemäß SMARC Standard sind 156 Kontakte (bezeichnet mit P1-P156) auf der Oberseite und 158 Kontakte auf der Unterseite (bezeichnet mit P1-P158) des Seitenabschnittes des SMARC Prozessormoduls vorgesehen.
Insbesondere schreibt der SMARC Standard vor, dass die Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 als Schleifkontakte ausgebildet sind, die nach dem Einstecken des SMARC Prozessormoduls auf entsprechenden Kontaktflächen an der Oberseite- und/oder Unterseite des Prozessormoduls in Anlage gelangen. Dabei können die Schleifkontakte mit einem Anpressdruck beaufschlagt sein.
Über den SMARC Steckverbinder 130 kann ein SMARC Prozessormodul mit dem Basismodul 100 verbunden werden. Insbesondere verhilft ein derartiger SMARC Steckverbinder 130 dem Basismodul 100 zu einer Austauschbarkeit eines mit ihr verbundenen SMARC Prozessormoduls, da wegen der Standardisierung des SMARC Steckverbinders 130 jedem einzelnen Kontakt eine vordefinierte Beschaltung zugewiesen ist, die entsprechend des Standards von jedem SMARC Prozessormodul bereitgestellt werden kann (optional) und/oder muss (zwingend erforderlich). Folglich ist die Ausgestaltung dem Basismodul 100 unabhängig von dem tatsächlich verwendeten SMARC Prozessormodul und somit immer gleich.
Das Basismodul 100 umfasst weiterhin einen FPGA Mezzanine Card, FMC, Steckverbinder 140. Bei einem derartigen Steckverbinder 140 handelt es sich um einen Steckverbinder, der dem FMC Standard in der Version ANSI/VISTA 57.1-2008 entspricht. In dieser Hinsicht wird auf das Dokument „American National Standard for FPGA Mezzanine Card (FMC) Standard“ Herausgegeben in 2008 von der FMEbus International Trade Assocaiation, VITA, in der Version ANSI/VISTA 57.1-2008 Bezug genommen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Bei dem FMC Steckverbinder 140 handelt es sich um einen Steckverbinder, der die Verbindung mit einem FMC Tochterkartenmodul ermöglicht. Dazu umfasst der Steckverbinder 140 Teile oder allen der insgesamt 400 vorgesehenen Kontakte. Gemäß FMC Standard sind für den Steckverbinder 140 Kontakte in zehn Reihen (bezeichnet mit Busstaben A-K) mit 40 Spalten (bezeichnet mit Ziffern 1-40) vorgesehen, der in dem Standard auch als „high-pin count, HPC, connector“ bezeichnet wird.
Insbesondere schreibt der FMC Standard vor, dass der FMC Steckverbinder 140 auf dem Basismodul 100 als Buchsen-Modul und der entsprechende Steckverbinder des FMC Tochterkartenmoduls als ein Stecker-Modul ausgeführt ist, sodass das Stecker-Modul des FMC Tochterkartenmoduls beim Einstecken mit dem FMC Steckverbinder 140 dem Basismodul 100 in Eingriff gelangt.
Über den FMC Steckverbinder 140 kann ein FMC Tochterkartenmodul mit dem Basismodul verbunden werden, mittels dem vornehmlich luftfahrtspezifische Ein-/Ausgabe Funktionalität bereitgestellt wird. Beispielsweise können als ein FMC Tochterkartenmodul ein oder mehrere optische Wandler mit einem oder mehreren Lichtwellenleitern an das Basismodul angeschlossen werden. Auch hier ist wegen der Standardisierung des FMC Steckverbinders 140 eine Austauschbarkeit des FMC Tochterkartenmoduls gewährleistet.
Insbesondere kann das FMC Tochterkartenmodul luftfahrtspezifische Ein-/Ausgabe Funktionalität ebenfalls gemäß dem IEEE 802.3 „Ethernet“ Standard bereitstellen und dabei entweder eine elektrische oder eine optische Schnittstelle verwenden. Eine optische Schnittstelle ermöglicht beispielsweise ein Radiofrequenzsignal über einen Lichtwellenleiter zu übertragen (sog. „Radio over fibre“ oder „RF over fibre“). Auch kann das FMC Tochterkartenmodul dazu vorgesehen sein eine Verbindung gemäß dem Standard SMPTE 259M-C (d.h. als SDI-Schnittstelle), dem Standard ISO 11898 (d.h. als CAN-Bus Schnittstelle), oder einem anderen Kommunikationsstandard herzustellen.
Weiterhin umfasst das Basismodul 100 eine Energieversorgungsschaltung 132, die konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder 130 und den FMC Steckverbinder 140 mit Energie von den dedizierten Energieversorgungskontakten des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 zu versorgen. In andern Worten ist die Energieversorgungsschaltung 132 sowohl mit den dedizierten Energieversorgungskontakten des Steckverbinders 120 als auch mit dem SMARC Steckverbinder 130 und dem FMC Steckverbinder 140 elektrisch verbunden.
Dafür umfasst die Energieversorgungsschaltung 132 einen oder mehrere DC/DC Spannungswandler, die die obengenannte Versorgungsspannung in dem Bereich zwischen 17 und 32,5 Volt und die Massespannung von 0 Volt in eine oder mehrere vorgegebenen Versorgungsspannungen für ein SMARC Prozessormodul und ein FMC Tochterkartenmodul wandelt.
Gemäß dem SMARC Standard ist vorgesehen, dass der SMARC Steckverbinder 130 eine Versorgungsspannung in einem Bereich zwischen 3,0 und 5,25 Volt in Bezug auf eine Massespannung von 0 Volt zur Verfügung stellt. Dabei sind 10 verschiedene Kontakte in dem SMARC Steckverbinder 130 für die Versorgungsspannung vorgesehen, sodass ein maximaler Strom von 5 Ampere (0,5 Ampere pro Kontakt) geliefert werden kann. Folglich hat eine DC/DC Spannungswandlung zu erfolgen. Insbesondere kann die DC/DC Spannungswandlung in mehreren Schritten, z.B. erst auf eine Zwischenspannung von 12 Volt und dann auf die Versorgungsspannung von 5 Volt erfolgen.
Entsprechen dem FMC Standard ist vorgesehen, dass das FMC Tochterkartenmodul mit drei verschiedenen Versorgungsspannungen, nämlich 12 Volt (als 12PoV bezeichnet), 3,3Volt (als 3P3V bezeichnet) und mit einem Spannungsbereich 0 bis 3,3 Volt (als VADJ bezeichnet) versorgt wird. Die letztgenannte Spannungsversorgung dient zur Versorgung von peripheren Komponenten auf dem FMC Tochterkartenmodul und kann je nach FMC Tochterkartenmodul unterschiedlich vorgeschrieben sein. Für die drei verschiedenen Versorgungsspannungen sind entsprechende maximale Ströme von 1 Ampere (für 12P0V), 3 Ampere (für 3P3V) und maximal 4 Ampere (für VADJ) definiert.
Insbesondere ist die Energieversorgungsschaltung 132 derart ausgebildet, dass bei der Initialisierung und Re-Initialisierung der Energieversorgung zuerst der SMARC Steckverbinder 130 und im Anschluss der FMC Steckverbinder 140 mit Energie versorgt wird. Das hat den Vorteil, dass bei der Verwendung des Basismoduls 100 in einem Luftfahrtcomputersystem, das SMARC Prozessormodul zuerst in einen betriebsfähigen Zustand überführt wird und erst im Anschluss die Initialisierung des FMC Tochterkartenmodul erfolgt. Damit ist das SMARC Prozessormodul selbst in der Lage die Initialisierung des FMC Tochterkartenmoduls zu steuern bzw. überwachen. Eine spezielle Initialisierungsschaltung ist nicht erforderlich.
Eine derartige Verzögerung der Energieversorgung des FMC Steckverbinders 140 gegenüber der des SMARC Steckverbinders 130 kann dadurch erzielt werden, dass beide Energieversorgungen über getrennte DC/DC Spannungswandler erfolgen, die jeweils mit unterschiedlichen Aktvierungssignalen versorgt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Aktivierungssignal für den DC/DC Spannungswandler des FMC Steckverbinders 140 durch ein SMARC Prozessormodul bereitgestellt wird. Dazu kann auf der Leiterplatine beispielsweise eine zusätzliche Signalleitung für ein Aktivierungssignal zwischen dem SMARC Steckverbinder 130 und dem DC/DC Spannungswandler für den FMC Steckverbinder 140 vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise umfasst die Energieversorgungsschaltung 132 auch einen Super- oder Ultrakondensator (nicht in 1 gezeigt), der Einbrüchen in der über den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 bereitgestellten Versorgungsspannung entgegenwirkt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Super- oder Ultrakondensator (auch Super oder Ultra Cap genannt) Einbrüche in der Versorgungsspannung über eine Dauer von bis zu 200 Millisekunden (ms) oder mehr überbrücken kann. Denn speziell bei Luftfahrzeugen ist ein derartiger Einbruch in der Energieversorgung üblich, wenn zwischen Bodenversorgung und der eigenen Energieversorgung umgeschaltet wird.
Um die Kapazität und damit die Baugröße, und Kosten des Super- oder Ultrakondensators auf ein Minimum zu beschränken, ist der Super- oder Ultrakondensator derart verbunden, dass er nur Einbrüchen in der Versorgungsspannung des SMARC Steckverbinder 130 entgegenwirkt, und zum Beispiel keinen Einfluss auf die Energieversorgung des FMC Steckverbinders 140 hat. Dazu wird der Super- oder Ultrakondensator zwischen einen DC/DC Spannungswandler und den SMARC Steckverbinder 130 zwischengeschaltet. Weiterhin können Dioden vorgesehen sein, um den DC/DC Spannungswandler im Falle eines Einbruches in der Energieversorgung abzukoppeln und so den Rückfluss an Ladungsträgern in den DC/DC Spannungswandler zu verhindern.
Eine Beschränkung der Funktion des Super- oder Ultrakondensators auf die Energieversorgung des SMARC Steckverbinders 130 ergibt sich aus der beabsichtigten Verwendung des Basismoduls 100 in dem Luftfahrtcomputersystem. Denn Einbrüche bei der Energieversorgung können nicht-detektierbare bzw. nicht-behebbare Fehlerzustände sowohl in dem SMARC Prozessormodul als auch in dem FMC Tochterkartenmodul auslösen.
Jedoch können diese Fehlerzustände nur bei dem SMARC Prozessormodul die Funktionsfähigkeit langfristig beeinträchtigen. Auch wenn bei dem FMC Tochterkartemodul Fehlerzustände auftreten, bleibt hierbei eine Fehlerbehandlung (z.B. ein Rücksetzen) von außen durch ein funktionsfähiges SMARC Prozessormodul möglich. Dies setzt natürlich ebenfalls die Funktionsfähigkeit des SMARC Prozessormoduls voraus.
Weiterhin umfasst das Basismodul 100 eine Kommunikationsschaltung 134, die konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder 130 mit den dedizierten Kommunikationskontakten des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 zu verbinden. In anderen Worten ist die Kommunikationsschaltung 134 sowohl mit den dedizierten Kommunikationskontakte des Steckverbinders 120 als auch dem SMARC Steckverbinder 130 elektrisch verbunden.
Insbesondere umfasst die Kommunikationsschaltung 134 eine Übertragerschaltung für eine Signalübertragung gemäß dem Standard IEEE 802.3ab (auch Gigabit-Ethernet auf einem Twisted-Pair-Kupferkabel oder 1000BaseT genannt). Jedoch ist es auch denkbar, dass die Kommunikationsschaltung 134 eine Übertragungsschaltung für die Signalübertragung gemäß einem anderen Standard umfasst. Beispielhaft sei auf die Standards IEEE 802.3bz (auch 2,5 und 5-Gigabit-Ethernet oder NBase-T genannt) oder IEEE 802.3an (auch 10-Gigabit-Ethernet über Twisted-Pair-Kupferkabel oder 10GBase-T genannt) verwiesen.
Eine derartige Übertragerschaltung für die Signalübertragung gemäß dem Standard IEEE 802.3ab dient im Wesentlichen dem Zweck, eine Potentialtrennung und eine Symmetrierung der differentiell übertragenen Signale vorzunehmen und kann in einer Baugruppe zusammengefasst sein. Dabei werden jeweils zwei Kommunikationskontakte des SMARC-Steckverbinders 130 und des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 über einen Übertrager mit Mittenabgriff miteinander verbunden. Somit kann zwar zwischen dem Steckverbinder 120 und dem SMARC Steckverbinder 130 eine Signalübertragung erfolgen, gleichzeitig wird über die dedizierten Kommunikationskontakte eine Energieübertragung verhindert.
Folglich sind die dedizierten Kommunikationskontakte in dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 einzig für die Signalübertragung und nicht für die Energieübertragung ausgelegt. Für die Energieübertragung werden einzig die dedizierten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 verwendet. Folglich ist die Kommunikationsschaltung 134 auch nicht für eine Energierückgewinnung gemäß dem Standard IEEE 802.3af (auch Power-over-Ethernet genannt) ausgelegt.
Weiterhin umfasst das Basismodul 100 eine Mehrzahl an Signalleitungen 112. Die Signalleitungen 112 sind auf der Leiterplatine gebildet und derart konfiguriert, dass dedizierte Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 mit dedizierten Ein-Ausgabe-Kontakten des FMC Steckverbinders 140 verbunden sind. Dabei werden die Ein-/Ausgabe-Kontakte jeweils durch den SMARC bzw. FMC Standard vorgegeben. Hiermit soll bei der Verwendung des Basismoduls 100 in einem Luftfahrtcomputersystem die Signalübertagung zwischen dem SMARC Prozessormodul und der FMC Tochterkartenmodulermöglicht werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 die Camera Serial Interface, CSI, Kontakte CSI_Do+, CSI_Do-, und CSI_D1+, CSI_D1-, und CSI_D2+, CSI_D2-, und CSI_D3+ CSI_D3- (auch als Kontaktpaare CSI_Do+/-, CSI_D1+/-, CSI_D2+/-, und CSI_D3+/- bezeichnet werden) gemäß dem SMARC Standard umfassen. Die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des FMC Steckverbinders 140 umfassen die differentiellen Kontakte DP4_{_}C2M_P, DP4-C2M_N, und DP5_C2M_P, DP5_C2M_N, und DP9_M2C_P, und DP9_M2C_N, und DP8_M2C_P, DP8_M2C_N (auch als Kontaktpaare DP4-C2M, DP5_C2M, DP9_M2C, und DP8_M2C bezeichnet) gemäß dem FMC Standard. Dabei sind diese dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 mit denen des FMC Steckverbinders 140 gemäß einer 1:1-Zuordnung unmittelbar (d.h. direkt) elektrisch verbunden.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den differentiellen Kontaktpaaren DP4-C2M, DP5_C2M, DP9_M2C, und DP8_M2C gemäß dem FMC Standard um Ein- /Ausgabekontakte, die für die differentielle Signalübertragung vorgesehen und als multi-Gigabit Interface spezifiziert sind. In der vorstehenden Konfiguration sind Datenübertragungsraten von bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde (kurz 12,5 Gbps) möglich.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 die GPIO Pins 0-11 gemäß dem SMARC Standard umfassen, und dass die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des FMC Steckverbinders die differentiellen Kontakte LA_13_P, LA_13_N, und LA_17_P, und LA_12_P, LA_12_N, und LA_16_P, LA_16_N (auch als Kontaktpaare LA-13, LA_17, LA_12, und LA_16 bezeichnet) gemäß dem FMC Standard umfassen. Auch hier sind die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 mit denen des FMC Steckverbinders 140 gemäß einer 1:1-Zuordnung unmittelbar (d.h. direkt) elektrisch verbunden.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den differentiellen Kontaktpaaren LA_13, LA_17, LA_12, und LA_16 gemäß dem FMC Standard um Ein-/Ausgabe-Kontakte, die für ein nutzerspezifisches Interface verwendet werden dürfen und in der vorstehenden Konfiguration Datenübertragungsraten von bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde (kurz 12,5 Gbps) ermöglichen.
Weitere dedizierte Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 umfassen den USB2_SSRX/TX Link, den USB3_SSRX/TX Link, PCI Express Link B für TX und RX, und den PCI Express Link C nur für TX, gemäß dem SMARC Standard. Die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des FMC Steckverbinders 140 umfassen die Kontaktpaare DP1_M2C, DP2_M2C, DP3_M2C, DP4_M2C, DP5_M2C DP1_C2M, DP2_C2M, DP3_C2M, DP5_C2M gemäß dem FMC Standard. Dabei sind diese dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders 130 mit denen des FMC Steckverbinders 140 gemäß einer 1:1-Zuordnung unmittelbar (d.h. direkt) elektrisch verbunden.
Weiterhin umfasst das Basismodul 100 wenigstens einen mini PCIe Steckverbinder 150, einen USB Typ A/B Steckverbinder 160 oder einen SD-Kartenverbinder, der konfiguriert ist, um einen nicht-flüchtigen Speicher mit dem SMARC Steckverbinder zu verbinden. Es kann von Vorteil sein, dass bei der Verwendung des Basismoduls 100 in einem Luftfahrtcomputersystem dem SMARC Prozessormodul ein nicht-flüchtiger Speicher (d.h. Festwertspeicher) zugeordnet ist. Hierauf können Betriebsprogramme bzw. - Konfigurationen und Steuerinformationen für das SMARC Prozessormodul abgespeichert sein. Weiterhin können auch Benutzerdaten in dem SMARC Prozessormodul abgelegt sein. Unabhängig von seiner tatsächlichen Verwendung wird über wenigstens eine der obengenannten Verbindungseinrichtungen die Möglichkeit bereitgestellt, das SMARC Prozessormodul flexibel zu erweitern.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Basismodul 100 ein sog. electronically erasable programmable read-only memory, EEPROM, das über den I2C-Bus mit dem SMARC Steckverbinder 130 verbunden ist. Hierin können ebenfalls Betriebsprogramme bzw. - Konfigurationen und Steuerinformationen gespeichert sein.
Weiterhin umfasst das Basismodul 100 einen HDMI Steckverbinder 190, eine UART Stiftleiste 192, eine CAN Stiftleiste 194, eine I2C Bus Stiftleiste 196 und/oder einen weiteren USB Typ A Steckverbinder 198. Bei allen diesen Anschlüssen auf dem Basismodul 100 handelt es sich um optionale Komponenten, die einzig für die Programmierung, nicht aber für den Regelbetrieb vorgesehen sind.
Im Folgenden wird auf die 2 bezuggenommen. Darin sind die Abmessungen des Basismoduls 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in 1 gezeigt. Die detailliert beschriebenen Abmessungen machen das Basismodul 100 für die Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem geeignet. Denn insbesondere für die Luftfahrt ist es erforderlich, dass die Abmessungen möglichst kompakt gewählt sind, um unnötigen Platzbedarf und Gewicht zu vermeiden.
Das Basismodul 100 ist mit ihren Komponenten, der Leiterplatine 110 und dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung des SMARC Steckverbinders 130 und des FMC Steckverbinders 140 verzichtet. In diesem Zusammenhang wird jedoch herausgestellt, dass sowohl der SMARC Steckverbinder 130 als auch der FMC Steckverbinder 140 von dem Basismodul 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst sind.
Vielmehr sind in dieser Ansicht die Abmessungen eines zur Verbindung mit dem SMARC Steckverbinder 130 vorgesehenen SMARC Prozessormoduls 300 und eines zur Verbindung mit dem FMC Steckverbinder 140 vorgesehenen FMC Tochterkartenmoduls 400 gezeigt. Hierbei handelt es sich lediglich um eine Darstellung, die die Verständlichkeit des Basismoduls 100 in einem Luftfahrtcomputersystem erleichtern soll.
Insbesondere kann der Ansicht entnommen werden, dass die Leiterplatine 110 des Basismoduls 100 eine Breite in dem Bereich 90-110 mm und eine Länge in dem Bereich 90-110 mm aufweist, und vorzugsweise eine Breite von 100 mm und eine Länge von 104,307 mm aufweist.
Weiterhin ist dargestellt, dass der SMARC Steckverbinder 130 derart auf der Leiterplatine 110 angeordnet ist, dass ohne Überstehen über den seitlichen Rand der Leiterplatine 110 die Montage eines SMARC Prozessormoduls 300 mit einer Breite von 82 mm und einer Tiefe von 50 mm möglich ist. Außerdem ist der FMC Steckverbinder 140 derart auf der Leiterplatine 110 angeordnet, dass ohne Überstehen über den seitlichen Rand der Leiterplatine 110 die Montage eines FMC Tochterkartenmodul 400 mit einer Breite von maximal 80 mm und einer Tiefe von maximal 39 mm, vorzugsweise eine Breite von 76,5 mm und einer Tiefe von 34,5 mm möglich ist.
Eine derartige Montage des SMARC Prozessormoduls 300 und des FMC Tochterkartenmoduls 400 ist weiterhin möglich, ohne mit dem mit der Leiterplatte 110 elektrisch und mechanisch verbundenen integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 zu kollidieren.
Die Figuren 3- 5 zeigen ein Luftfahrtcomputersystem 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Luftfahrtcomputersystem 200 in der 3 in einer schematischen Perspektivansicht, in der 4 in einer schematischen Draufsicht mit transparenten Konturen und in der 5 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt.
Das Luftfahrtcomputersystem 200 umfasst ein Basismodul mit einer Leiterplatine 110, einem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 220, einem SMARC Steckverbinder 130 und einem FMC Steckverbinder 140. Das Basismodul des dargestellten Luftfahrtcomputersystems 200 entspricht dabei dem Basismodul der ersten Ausführungsform, so dass in diesem Zusammenhang lediglich auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Weiterhin umfasst das Luftfahrtcomputersystem 200 ein SMARC Prozessormodul 300, das mit dem SMARC Steckverbinder 130 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Dazu ist auf der Oberseite der Leiterplatte 110 der SMARC Steckverbinder 130 angeordnet. In diesem SMARC Steckverbinder 130 ist ein Seitenabschnitt des SMARC Prozessormoduls 300 mechanisch aufgenommen. In diesem Seitenabschnitt sind auch Kontaktflächen des SMARC Prozessormoduls 300 angeordnet, die in dem aufgenommen Zustand mit den Kontakten des SMARC Steckverbinders 130 eine elektrische Verbindung herstellen. Das SMARC Prozessormodul 300 erstreckt sich von dem SMARC Steckverbinder 130 aus in eine seitliche (oder längs-) Richtung (d.h. in negative Richtung der X-Achse).
Das Luftfahrtcomputersystem 200 umfasst auch ein FMC Tochterkartenmodul 400, das mit dem FMC Steckverbinder 140 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Dazu ist auf Oberseite der Leiterplatte 110 der FMC Steckverbinder 140 angeordnet, der als Buchsen-Modul ausgeführt ist. In diesen FMC Steckverbinder 140 ist ein auf dem FMC Tochterkartenmodul 400 ausgeführtes Stecker-Modul eingesteckt, worüber die mechanische und elektrische Verbindung hergestellt wird. Das Stecker-Modul ist auf der Unterseite des FMC Tochterkartenmodul 400 vorgesehen. Weiterhin erstreckt sich das FMC Tochterkartenmodul im Wesentlichen in eine seitliche (oder längs-), bezogen auf das SMARC Prozessormodul entgegengesetzte Richtung (d.h. in positive Richtung der X-Achse).
Weiterhin sind im verbundenen Zustand das SMARC Prozessormodul 300 und das FMC Tochterkartenmodul 400 im Wesentlichen parallel zu der Leiterplatine 110 angeordnet.
Ebenfalls in den Figuren gezeigt ist der mini PCIe Steckverbinder 150, der auf der Unterseite der Leiterplatte 110 angeordnet ist. Dieser mini PCIe Steckverbinder 150 ermöglicht die Verbindung mit einem nicht-flüchtigen Speicher.
Die 6 und 7 zeigen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Perspektivansicht eines Basismoduls 101 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei diesem Basismodul 101 handelt es sich um eine Abwandlung des Basismoduls 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Dafür umfasst das Basismodul 101 im Wesentlichen dieselben Komponenten, nämlich die Leiterplatine 110, den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120, den SMARC Steckverbinder 130, dem FMC Steckverbinder 140, und den mini PCIe Steckverbinder 150, sodass hierfür nur auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Ebenfalls umfasst das Basismodul 101 die Energieversorgungsschaltung 132 und die Kommunikationsschaltung 134 wofür ebenfalls auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen wird. Auch sind weitere Schaltungen in der Darstellung des Basismoduls gezeigt wobei diese die Verwendung des Basismoduls in einem Luftfahrtcomputersystems unterstützen.
Ein Unterschied dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Basismodul 101 in einem Gehäuse 500 gemäß dem Typ D des ARINC 836 Standards angeordnet ist. Das Gehäuse 500 umgibt dabei vollständig das Basismodul 101, einzig der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 ist dabei von einer Außenseite des Gehäuses 500 zugänglich.
Dabei nimmt das Basismodul 101 bezogen auf seine Höhe (d.h. entlang der Z-Achse) einen wesentlichen Teil der Höhe des Gehäuses 500 ein, erstreckt sich aber entlang seiner seitlichen (oder längs-) Richtung (d.h. entlang der X-Achse) nur bis zur Hälfte der Breite des Gehäuses 500. Demnach ist für den Fachmann ersichtlich, dass das Basismodul 101 auch in ein Gehäuse des Typs B des ARINC 836 Standards angeordnet werden könnte.
Denn der ARINC 836 Standards spezifiziert diese beiden Typen B und D derart, dass die Gehäuseformen aufeinander abgestimmte Abmessungen aufweisen; insbesondere hat ein Gehäuse des Typs B bezogen auf den Typ D dieselbe Höhe, dieselbe Tiefe aber nur die halbe Breite. Ein Gehäuse gemäß Typ B hat eine Höhe von 32,8 mm und eine Breite von 105,04 mm und ein Gehäuse gemäß Typ D hat eine Höhe von ebenfalls 32,8 mm und eine Breite von 217 mm.
Insbesondere ist in der 6 eine Seitenansicht gewählt, bei der eine Steckfläche von dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders 120 gezeigt ist. Der Steckverbinder 120 entspricht dem europäischen Spezifikation EN 4165 und ist als ein Buchsen-Modul mit 20 Kontakten ausgebildet, die von der Außenseite des Gehäuses 500 zugänglich sind. Bei einem derartiges Buchsen-Modul sind die Kontakte in 4 Zeilen und 5 Spalten angeordnet, wobei der in der Draufsicht rechts oben angeordnete Kontakt mit 1 nummeriert, der in der Draufsicht links unten angeordnete Kontakt mit 20 nummerierte, und die dazwischen angeordneten Kontakte Zeile für Zeile mit aufsteigenden Ziffern nummeriert sind.
Die 8 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Luftfahrtcomputersystems 201 gemäß einer vierten Ausführungsform. Bei dem Luftfahrtcomputersystem 201 handelt es sich um eine Abwandlung des Luftfahrtcomputersystems 200 gemäß der zweiten Ausführungsform. Demnach umfasst das Luftfahrtcomputersystem ebenfalls ein Basismodul mit der Leiterplatine 110, dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder (nicht in 8 gezeigt), dem SMARC Steckverbinder 130, und dem FMC Steckverbinder 140, sodass hierfür nur auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Lediglich ein Unterschied besteht bei diesem Luftfahrtcomputersystem 201 darin, dass es zwar ein SMARC Prozessormodul 301 aber kein FMC Tochterkartenmodul umfasst. Somit ist ein Luftfahrtcomputersystem gezeigt, das auf die Verwendung eines FMC Tochterkartenmoduls und die darüber realisierte luftfahrtspezifische Ein-/Ausgabe Funktionalität verzichtet.
Gerade aus dieser Ausführungsform wird deutlich, dass das Luftfahrtcomputersystem 201 nicht immer aus einem Basismodul zusammen mit einem SMARC Prozessormodul und einem FMC Tochterkartenmodul bestehen muss, sondern alternative auch nur entweder ein SMARC Prozessormodul oder ein FMC Tochterkartenmodul enthalten kann. Somit können diese beiden Module auch in unterschiedlichen Kombinationen miteinander betrieben und voneinander unabhängig ausgetauscht werden.
Insbesondere ist in dieser Abbildung ein SMARC Prozessormodul 201 gezeigt, dass mit dem SMARC Steckverbinder 130 des Basismoduls verbunden ist, und einen Prozessor 310 und einen Arbeitsspeicher 320 umfasst. Damit verfügt das SMARC Prozessormodul 301 über die Fähigkeiten über den integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder des Basismoduls mit äußerlich verbundenen weiteren Luftfahrtcomputersystemen zu kommunizieren. Ein derartiges Luftfahrtcomputersystem 201 ermöglicht die beispielhafte Verwendung als ein Computerserver.
Weiterhin umfasst das Luftfahrtcomputersystem 201 ein Gehäuse 500 gemäß dem Typ D des ARINC 836 Standards, in dem das Basismodul und das SMARC Prozessormodul 301 angeordnet sind. Der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 110 ist dabei von einer Außenseite des Gehäuses 500 zugänglich.
Die 9 und 10 zeigen eine Schematische Perspektivansicht und eine Draufsicht eines Luftfahrtcomputersystems 202 gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei diesem Luftfahrtcomputersystem handelt es sich um eine Abwandlung des Luftfahrtcomputersystems 201 gemäß der zweiten Ausführungsform. Demnach umfasst das Luftfahrtcomputersystem ebenfalls ein Basismodul mit der Leiterplatine 110, dem integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder (nicht gezeigt), dem SMARC Steckverbinder 130, und dem FMC Steckverbinder 140, sodass hierfür nur auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Auch umfasst das Luftfahrtcomputersystem 201 ein SMARC Prozessormodul 301, das mit dem SMARC Steckverbinder 130 des Basismoduls verbunden ist. Weiterhin umfasst das Luftfahrtcomputersystem 202 ein FMC Tochterkartenmodul 401, sodass darüber luftfahrtspezifische Ein-/Ausgabe Funktionalität realisiert werden kann.
Hierbei ist das FMC Tochterkartenmodul 401 nicht auf Abmessungen beschränkt, die eine Montage ohne Überstehen über die Leiterplatine 110 des Basismoduls ermöglicht. Vielmehr hat das FMC Tochterkartenmodul 401 zwar dieselbe Breite von maximal 80 mm jedoch eine Länge von maximal 140 mm, sodass das FMC Tochterkartenmodul 401 nur eine Montage mit seitlichem Überstehen über die Leiterplatine 110 des Basismoduls erlaubt.
Weiterhin umfasst das Luftfahrtcomputersystem 202 ein Gehäuse 500 gemäß dem Typ D des ARINC 836 Standards, in dem das Basismodul, das SMARC Prozessormodul 301 und das FMC Tochterkartenmodul 401 angeordnet sind. Der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder 120 ist dabei von einer Außenseite des Gehäuses 500 zugänglich.
Das FMC Tochterkartenmodul 401 erstreckt sich innerhalb des Gehäuses 500 entlang seiner seitlichen (oder längs-) Richtung (d.h. entlang der X-Achse) über die ganze Breite des Gehäuses 500. Somit ist das Volumen und damit der bereitgestellte Platz des Gehäuses 500 optimal ausgenutzt, ohne auf eine größere, nach dem ARINC 836 Standards spezifizieret Gehäuseform für das Gehäuse zurückgreifen zu müssen.
Weiterhin weist das FMC Tochterkartenmodul 401 einen Kommunikationssteckverbinder 410 auf, der auch von der Außenseite des Gehäuses 500 zugänglich ist. Der Kommunikationssteckverbinder 410 ist ebenfalls gemäß der europäischen Spezifikation EN 4165 ausgebildet und verfügt über elektrische und/oder optische Kontakte aufweisen, sodass darüber die luftfahrtspezifische Ein-/Ausgabe Funktionalität realisiert werde kann.
Vorliegend verfügt der Kommunikationssteckverbinder 410 des FMC Tochterkartenmoduls 401 über optischen Kontakte, die als Einzelfaser- (sog. „single-fibre“) oder als Multifaser-(sog. „multi-fibre“) Kontakte (z.B. als MT Connector gemäß dem IEC Standard 61754-5) ausgebildet sein können.
Bezugszeichenliste

100,101: Basismodul
110: Leiterplatine
112: Signalleitungen
120: integrierter Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder
130: SMARC Steckverbinder
132: Energieversorgungsschaltung
134: Kommunikationsschaltung
140: FMC Steckverbinder
150: mini PCIe Steckverbinder
160: USB Typ A/B Steckverbinder
170: SD-Kartenverbinder
180: EEPROM
190: HDMI Steckverbinder
192: UART Stiftleiste
194: CAN Stiftleiste
196: I2C Bus Stiftleiste
198: USB Steckverbinder
200, 201, 202: Luftfahrtcomputersystem
300, 301: SMARC Prozessormodul
310: Prozessor
320: Arbeitsspeicher
400, 401: FMC Tochterkartenmodul
500: Gehäuse

Claims

Ein Basismodul (100) zur Verwendung in einem Luftfahrtcomputersystem (200; 201), umfassend: eine Leiterplatine (110); einen integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder (120), der auf der Leiterplatine angeordnet ist; einen SMARC Steckverbinder (130), der auf der Leiterplatine angeordnet ist; einen FMC Steckverbinder (140), der auf der Leiterplatine angeordnet ist; wobei eine Energieversorgungsschaltung (132) auf der Leiterplatine konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder und den FMC Steckverbinder mit Energie von dedizierten Energieversorgungskontakten des integrierter Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders zu versorgen; eine Kommunikationsschaltung (134) auf der Leiterplatine konfiguriert ist, um den SMARC Steckverbinder mit dedizierten Kommunikationskontakten des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikationssteckers zu verbinden, und eine Mehrzahl an Signalleitungen (112) auf der Leiterplatine konfiguriert sind, um dedizierte Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders mit entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakten des FMC Steckverbinders zu verbinden.
Das Basismodul gemäß Anspruch 1, wobei: die Leiterplatine eine Breite in dem Bereich 90-110 mm und eine Länge in dem Bereich 90-110 mm aufweist, und vorzugsweise eine Breite von 100 mm und eine Länge von 104,307 mm aufweist.
Das Basismodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: der SMARC Steckverbinder derart auf der Leiterplatine angeordnet ist, dass ohne Überstehen über die Leiterplatine die Montage eines SMARC Prozessormoduls mit einer Breite von 82 mm und einer Tiefe von 50 mm möglich ist, und/oder der FMC Steckverbinder derart auf der Leiterplatine angeordnet ist, dass ohne Überstehen über die Leiterplatine die Montage einer FMC Tochterkartenmodul mit einer Breite von maximal 80 mm und einer Tiefe von maximal 39 mm, vorzugsweise eine Breite von 76,5 mm und einer Tiefe von 34,5 mm möglich ist.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations- Steckverbinder der europäischen Spezifikation EN 4165 entspricht, und/oder der SMARC Steckverbinder dem Smart Mobility ARChitecture, SMARC, Standard in der Version 2.0 entspricht und/oder der FMC Steckverbinder dem FPGA Mezzanine Card, FMC, Standard in der Version ANSI/VITA 57.1-2008 entspricht.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Energieversorgungsschaltung wenigstens einen DC/DC Spannungswandler umfasst und vorzugsweise die Energieversorgungsschaltung zusätzlich einen Super- oder Ultrakondensator umfasst.
Das Basismodul gemäß Anspruch 5, wobei: die Energieversorgungsschaltung derart ausgebildet ist, dass bei einer Initialisierung zuerst der SMARC Steckverbinder mit Energie versorgt wird und erst im Anschluss der FMC Steckverbinder mit Energie versorgt wird.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Kommunikationsschaltung wenigstens eine Übertragerschaltung für eine Signalübertragung gemäß dem Standard IEEE 802.3ab umfasst.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinder die CSI Camera Serial Interface Kontaktpaare CSI_Do+/-, CSI D1+/-, CSI_D2+/-, und CSI_D3+/- gemäß dem SMARC Standard umfassen, und die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe -Kontakte des FMC Steckverbinder die differentiellen Kontaktpaare DP4-C2M, DP5_C2M, DP9_M2C, und DP8_M2C gemäß dem FMC Standard umfassen.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des SMARC Steckverbinders die GPIO Pins 0-11 gemäß dem SMARC Standard umfassen, und die entsprechenden dedizierten Ein-/Ausgabe-Kontakte des FMC Steckverbinders die differentiellen Kontaktpaare LA-13, LA_17, LA_12, und LA_16 gemäß dem FMC Standard umfassen.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder entweder ein Stecker- oder ein Buchsen-Modul mit 20 Kontakten gemäß der europäischen Spezifikation EN 4165 ist.
Das Basismodul gemäß Anspruch 10, wobei, in einem Stecker- oder Buchsen-Modul mit 20 Kontakten gemäß der europäischen Spezifikation EN 4165, die Kontaktpaare 1, 6 und 4, 5 und 17, 18 und 15, 20 die dedizierten Kommunikationskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders sind; die Kontakte 2, 3, 7, 14, 18, und 19 die mit einer Versorgungspannung beschalteten, dedizierten Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders sind und die Kontakte 8-13 die mit einer Massespannung beschalteten, dedizierte Energieversorgungskontakte des integrierten Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinders sind.
Das Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, zusätzlich umfassend: wenigstens einen mini PCIe Steckverbinder (150), einen USB Typ A/B Steckverbinder (160) oder einen SD-Kartenverbinder (170), der konfiguriert ist, um einen nicht-flüchtigen Speicher mit dem SMARC Steckverbinder zu verbinden.
Ein Luftfahrtcomputersystem (200; 201), umfassend ein Basismodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wenigstens ein SMARC Prozessormodul (300) oder eine FMC Tochterkartenmodul (400; 401), wobei das SMARC Prozessormodul und/oder die FMC Tochterkartenmodul über einen entsprechenden Steckverbinder mit dem Basismodul mechanisch und elektrisch verbunden sind.
Das Luftfahrtcomputersystem gemäß Anspruch 13, zusätzlich umfassend ein Gehäuse (600) gemäß Typ B oder Typ D des ARINC 836 Standards, und wobei der integrierte Energieversorgungs- und Kommunikations-Steckverbinder von einer Außenseite des Gehäuses zugänglich ist.
Das Luftfahrtcomputersystem gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die FMC Tochterkartenmodul einen Kommunikationssteckverbinder aufweist, der auch von der Außenseite des Gehäuses (500) zugänglich ist.