A benchmark for assessing nanosatellite on-board computer power-efficiency and performance

Abstract

O presente manuscrito tem como escopo a especificação, implementação e execução de um benchmark para avaliar o desempenho de diferentes microcontroladores de computadores de bordo de nanossatélites. O foco deste trabalho está nas aplicações dos sistemas de determinação e controle de atitude (ADCS, do inglês Attitude Determination and Control System), e portanto, uma revisão de algoritmos de determinação e controle de atitude utilizados em missões espaciais é apresentada, visando a identificação de recursos a serem explorados. A proposta do benchmark especifica uma carga de trabalho, que corresponde a um conjunto de instruções representativas da aplicação em questão, uma métrica para avaliar o desempenho de diferentes arquiteturas e regras operacionais para garantir resultados justos e confiáveis. A implementação foi realizada em linguagem de alto nível, C, e sua validação foi realizada através de sua execução em quatro diferentes arquiteturas, onde medidas de tempo e consumo de potência são utilizados para avaliar o consumo de energia. As plataformas de desenvolvimento avaliadas foram o MSP430FR5994 Launchpad Kit da Texas Instruments, a placa Nucleo-L432KC da STMicroeletronics, o Arduino Uno e o Raspberry Pi 3B. Os resultados obtidos mostram que o Arduino Uno apresenta o maior consumo de energia (1.41mJ) enquanto o Nucleo L432KC possui o menor (0.05mJ). Esses resultados também foram analisados visando a utilização dessas plataformas nos projetos desenvolvidos atualmente no Laboratório de Simulação e Controle de Sistemas Aeroespaciais da Universidade de Brasília, onde o Raspberry Pi foi escolhido para as aplicações do simulador de atitude de nanossatélites e o Nucleo L432KC para as atividades do LAICAnSat.