• Routing Switch
• SpaceWire
• UVM
• Verifica Funzionale

Era il 4 ottobre 1957 quando il lancio del satellite Sputnik 1 a opera dell'URSS aprì l'era dell'esplorazione spaziale. Si trattava di una piccola sfera di alluminio che conteneva solo alcune batterie, un termometro e un paio di trasmittenti. Da allora il numero di missioni scientifiche ha visto una continua crescita, coinvolgendo strumentazioni e tecnologie sempre più sofisticate (radiometri, termocamere, fotocamere, ...) e producendo quantità di dati progressivamente maggiori. Si tratta di informazioni preziose che necessitano ovviamente di essere gestite adeguatamente.
Questa esigenza e il bisogno di integrare a bordo dei satelliti strumenti eterogenei in numero costantemente crescente, nel modo più efficace possibile in termini di tempo, costi, affidabilità e riusabilità, hanno portato alla nascita dello standard SpaceWire, promosso dall'European Space Agency (ESA), con la collaborazione di agenzie spaziali nazionali, industrie europee e università.
Lo SpaceWire è un protocollo di comunicazione seriale le cui caratteristiche (elevate velocità di trasmissione, bassa tensione/potenza, immunità ai disturbi, flessibilità architetturale, ...) lo rendono ideale per strutturare le interconnessioni e in generale il networking fra strumenti, memorie di massa, processori, trasmettitori di telemetrie e altri elementi di bordo dei satelliti. Dalla sua prima pubblicazione, nel gennaio 2003, lo standard SpaceWire è stato adottato dalle principali agenzie spaziali mondiali (ESA, NASA, JAXA, Roscosmos) e trova impiego oggi in centinaia di satelliti scientifici e commerciali.
Ai link punto-punto, lo standard SpaceWire affianca i routing switch, dispositivi estremamente versatili che consentono l'interconnessione di numerosi componenti facendo uso di un ridotto numero di cablaggi e porte, contenendo peso e costi, e rendendo possibile la riconfigurabilità della rete via software, anche da remoto.
Questo lavoro di tesi si concentra sulla macrocella di un Routing Switch SpaceWire, ponendosi come obiettivi l'ottimizzazione della sua architettura, la progettazione di nuove caratteristiche derivanti dalla nuova versione dello standard e, soprattutto, lo sviluppo di un ambiente avanzato per la verifica funzionale, caratterizzato dalla generazione casuale vincolata degli stimoli e dal controllo automatico delle uscite. In particolare, l'ambiente di verifica si basa sullo standard Universal Verification Methodology (UVM), raccolta delle più recenti tecniche di test condivise dalla maggior parte delle aziende operanti nel settore dell'elettronica digitale integrata. Premessa per la realizzazione dello strumento di verifica è stata la stesura di un verification plan dettagliato, definito a partire dalle specifiche imposte dallo standard e quindi dall'estrazione dei requisiti funzionali. L'attività è proseguita con l'esecuzione intensiva dei test implementati, la risoluzione di tutti i problemi emersi nel design del Ruting Switch e l'implementazione preliminare della macrocella sulla tecnologia FPGA maggiormente impiegata per i sistemi digitali nelle missioni spaziali.
Nel primo capitolo vengono riportati, in maniera sintetica, alcuni aspetti basilari dello standard SpaceWire: possibile architettura di rete, caratteristiche dei collegamenti, codifiche, formato dei pacchetti e proprietà dei routing switch. Sono inoltre descritte le differenze introdotte con la nuova versione dello standard.
Il secondo capitolo illustra in dettaglio l'architettura del Routing Switch e il funzionamento dei vari moduli che ne fanno parte, focalizzando l'attenzione sulle principali innovazioni apportate al design.
La prima parte del terzo capitolo è dedicata a introdurre la verifica funzionale in termini di approcci, criticità e metodologie. Nella seconda parte del capitolo viene invece descritto il verification plan redatto e, a seguire, l'ambiente di verifica sviluppato, con particolare riguardo alle strategie adottate per analizzare e confrontare le uscite.
I principali risultati ottenuti durante i test del Routing Switch sono riassunti e commentati nel capitolo quattro, che termina con i report relativi a una sintesi preliminare del design e a un'implementazione su FPGA radiation tolerant RTAX1000S, device certificato per lo spazio, approvato da ESA e largamente impiegato a bordo di numerosi satelliti scientifici.