The study of space plasma environments requires advanced and reliable instrumentation, particularly for in-situ measurements in harsh conditions. One such instrument is the Langmuir Probe, used to characterize electron densities and temperatures in space. This thesis addresses the development of a robust onboard software system for the Langmuir Probe instrument on the Research and Observation in Medium Earth Orbit (ROMEO) satellite, a Medium Earth Orbit mission developed by the University of Stuttgart.

The main problem addressed in this work is the design and implementation of a flexible, faulttolerant software architecture that can operate reliably in space, manage complex measurement modes, support in-flight software updates, and comply with stringent space communication standards defined by the European Cooperation for Space Standardization and Committee for Space Data Systems. Developing such a software system for a scientific payload operating in a radiation-prone and resource-constrained environment presents significant technical challenges and is highly relevant for future low-cost, modular space missions.

To address this, the software system was developed in two phases. In the first phase, a complete software stack was implemented and tested on a commercial System on Chip platform featuring an ARM Cortex-M7 microcontroller and a ProASIC3 Field Programmble Gate Array. This served as a practical testbed for validating system performance under realistic conditions, as well as a Commercial Off-the-Shelf reference design to be tested in orbit. The second phase involved porting the system to a space-grade Field Programmble Gate Array (FPGA) from NanoXplore, integrating a LEON3 softcore processor within the FPGA fabric to meet radiation tolerance requirements.

The results support a modular Real-Time Operating System–based software architecture. This architecture combines resilient in-flight update strategies—such as watchdogs and restart mechanisms—with validated data-handling modules. Together, these features satisfy system requirements and maintain system integrity under radiation-induced disruptions.

Studiet av plasman i rymdmiljöer kräver avancerade och tillförlitliga instrument, särskilt för in-situ-mätningar under krävande förhållanden. Ett sådant instrument är Langmuir-sonden, som används för att karakterisera elektrontäthet och temperatur i rymden. Denna avhandling behandlar utvecklingen av ett robust ombordprogramvarusystem för Langmuir-sonden ombord på ROMEO-satelliten, en mission i medelhög omloppsbana (MEO) utvecklad av Universität Stuttgart. Det huvudsakliga problemet som hanteras i arbetet är utformningen och implementeringen av en flexibel, feltolerant mjukvaruarkitektur som kan fungera tillförlitligt i rymden, hantera komplexa mätlägen, stödja uppdateringar av programvaran under flygning samt uppfylla strikta kommunikationsstandarder för rymdapplikationer, såsom ECSS- och CCSDS-protokollen. Att utveckla ett sådant system för en vetenskaplig nyttolast som opererar i en strålningsutsatt och resursbegränsad miljö innebär betydande tekniska utmaningar och är mycket relevant för framtida lågkostnads- och modulära rymdmissioner. För att möta dessa krav utvecklades systemet i två faser. I den första fasen implementerades en komplett mjukvarustack och testades på en kommersiell System-on-Chip (SoC)-plattform med en ARM Cortex-M7-mikrokontroller och en ProASIC3-FPGA, vilket tjänade som en praktisk testbädd för att validera systemets prestanda under realistiska förhållanden, samt som en COTS- referensdesign för tester i omloppsbana. Den andra fasen innebar en portering av systemet till en strålningshärdig FPGA från NanoXplore, där en LEON3-mjukprocessor integrerades i FPGA- logiken för att uppfylla kraven på strålningsresistens. Resultaten visar att en modulär, RTOS-baserad mjukvaruarkitektur kombinerad med motståndskraftiga strategier för uppdateringar under flygning (genom användning av watchdogs och omstartsmekanismer) samt validerade moduler för datahantering, är ett gångbart tillvägagångssätt för att uppfylla krav och bibehålla systemets integritet vid störningar orsakade av strålning.